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UNIVERSIDAD DE CHILE
FACULTAD DE CIENCIAS FORESTALES Y DE LA CONSERVACIÓN DE LA NATURALEZA MAGÍSTER EN GESTIÓN Y PLANIFICACIÓN AMBIENTAL PROGRAMA INTERFACULTADES
ANÁLISIS Y CRITERIOS MÍNIMOS PARA LA
APLICACIÓN DE LODOS TRATADOS PROVENIENTES DE
PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS EN
AGROSISTEMAS DE LA PROVINCIA DE MELIPILLA,
REGIÓN METROPOLITANA, CHILE
Tesis para optar al Grado de Magíster en
Gestión y Planificación Ambiental
OLIVIA DE LAS MERCEDES HENRÍQUEZ HENRÍQUEZ
Directora de Tesis
Geógrafo M.Sc. Sra. Carmen Paz Castro C.
Santiago de Chile
Abril, 2011
UNIVERSIDAD DE CHILE
FACULTAD DE CIENCIAS FORESTALES Y DE LA CONSERVACIÓN DE LA NATURALEZA MAGÍSTER EN GESTIÓN Y PLANIFICACIÓN AMBIENTAL PROGRAMA INTERFACULTADES
ANÁLISIS Y CRITERIOS MÍNIMOS PARA LA
APLICACIÓN DE LODOS TRATADOS PROVENIENTES DE
PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS EN AGROSIS TEMAS
DE LA PROVINCIA DE MELIPILLA,
REGIÓN METROPOLITANA, CHILE
OLIVIA DE LAS MERCEDES HENRÍQUEZ HENRÍQUEZ
Directora de Tesis: Geógrafo M.Sc. Carmen Paz Castro C. __________________ COMISIÓN DE EVALUACIÓN Presidente: Químico Dra. María Margarita Préndez B. __________________ Profesor informante (1): Químico M.Sc. María Adriana Carrasco R. __________________ Profesor informante (2): Ingeniero Agrónomo M.Sc. Sergio González M. __________________
Santiago de Chile
Abril, 2011
AGRADECIMIENTOS
Quiero dar las gracias con mucha humildad a todas aquellas personas que me
alentaron a terminar este trabajo, el que después de varios intentos se ha
concretado. Por todo el apoyo, el cariño y por el tiempo que se tomaron para
transmitirme sus conocimientos, sus visiones, su alegría y energía.
A mí amado Andreas, infinitas gracias por su amor y apoyo incondicionales, por
su ternura y generosidad en este proceso.
A mi profesor y amigo, Don Sergio Alcayaga Casali, que después de mucho
tiempo nos volvimos a reencontrar y que de sus conversaciones surgió terminar
esta tarea que aún estaba pendiente. Muchas gracias por su cariño, su
sabiduría, generosidad y confianza.
Mi profunda gratitud a Caleu, allí surgió la claridad, se encendió la chispita y
prosperó la motivación, a Santiago Correa y Verónica Cuevas Larraín, y a cada
uno de mis queridos amigos caminantes, mi abrazo agradecido.
A Carmen Paz, mi profesora patrocinante, por su amistad, por su cariño y por
todo el ánimo y ayuda que me entregó para terminar esta investigación.
Al profesor Sergio González Martineaux, por su disposición y sus precisos
aportes en la revisión de este documento y a la Sra. María Adriana Carrasco
Rimassa por su preocupación y su valiosa contribución en este trabajo.
A Vanessa Ruggiero de Souza que me ayudó con mucha de la información
entregada en este documento, a angelitos como Mónica Meza Aliaga, que
surgieron en el camino, a mi colega y jefe Mario Ahumada Campos que me
ayudó a romper mi inercia con su fuerza, determinación y amistad.
A mis colegas del Servicio Agrícola Ganadero (SAG) por su apoyo, ánimo y
afecto en todo momento. Mi gratitud a Juan Machuca Lagos por su gran
disposición en terreno, sus conocimientos y cariño.
A Juan Antonio Garcés Durán por sus valiosos aportes, por su sutileza, su
generosidad y por sobre todo su amistad.
A mis padres, sabios y sencillos que han estado detrás de mí, apoyándome
silenciosos, sin límite en amor y comprensión.
Gracias al Universo y a lo sutil y femenino que ron da en mí .
i
TABLA DE CONTENIDOS
CAPÍTULOS Pág. RESUMEN……………………………………………………………………... 1 SUMMARY…………………………………………………………………….. 3 CAPÍTULO 1. PRESENTACIÓN...………….…………………................... 5 1.1 INTRODUCCIÓN……………………...…………….…..……………. 5 1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA……………………………….. 7 1.3 ÁREA DEL ESTUDIO…….…………..……………………………….. 9 1.4 FORMULACIÓN DE LA HIPÓTESIS……..…………………………. 11 1.5 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN....…………………………… 11 1.5.1 Objetivo general……………………………………………... 11 1.5.2 Objetivos específicos........................................................ 12 CAPÍTULO 2. MARCO CONCEPTUAL Y ESTUDIO DE LA PROBLEMÁTICA .....................................................................................
13
2.1 ENFOQUE DE SISTEMA EN EL TRATAMIENTO DEL PROBLEMA…………………………………………………….........
13
2.1.1 Subsistema urbano y periurbano. Áreas de generación de lodos……………………………………...........................
16
2.1.1.1 Plantas de tratamiento de aguas servidas (PTAS)…………………………………….……...
18
2.1.1.2 Los lodos urbanos…….………………………… 18 2.1.2 Subsistema rural o agrosistema. Áreas de disposición de
lodos tratados o biosólidos………………….……………….
19 2.1.2.1 Suelos como componente del agrosistema..… 22 2.1.2.2 La materia orgánica en los agrosistemas........ 23 2.1.2.3 Efectos de la materia orgánica en los
suelos……………………………………………..
24 2.1.2.4 Ciclo de nutrientes…........................................ 25 2.2 ESTUDIO DE LA PROBLEMÁTICA…………………………………. 27
2.2.1 Antecedentes sobre la producción y destino de lodos en la RM …………………………………………………............
27
2.2.2 Precio de los fertilizantes minerales…………………….…. 33 2.2.2.1 Precios de la urea……………………..………. 33 2.2.2.2 Precios del super fosfato triple (SFT)….…….. 34 CAPÌTULO 3. PLANTEAMIENTO METODOLÒGICO ………………….... 37 3.1 MATERIALES …………………….…………………..…………….. 37 3.2 MÉTODOS ………………………….............................................. 41 CAPÌTULO 4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ……...…………………….. 44 4.1 EXPERIENCIAS DE USO DE LODOS EN SUELOS………….... 44 4.1.1 Lodos como mejorador de suelos (Convenio SAG-Aguas
Andinas)……………………………………………………….
44 4.1.2 Lodos como fertilizante (Convenio INIA-Aguas
Andinas)...………………………………………………........
54 4.1.3 Lodos en plantaciones forestales (Universidad de Chile-
ii
FONDEF DO1I1034………………………..………………. 62 4.1.4 Discusión sobre las experiencias de uso de lodos en
suelos……………………………………………...…….......
67 4.2 PLANES DE APLICACIÓN DE LODOS EN SUELOS DE LA
PROVINCIA DE MELIPILLA RM…………………………………...
70 4.2.1 Caracterización del suelo como receptor de lodos……… 73 4.2.2 Caracterización de lodos tratados aplicados en suelos.. 75 4.2.3 Información de algunos planes de aplicación de lodos.... 77 4.2.4 Discusión sobre planes de aplicación de lodos en
suelos en la provincia de Melipilla…………………………
79 4.3 IMPACTOS ASOCIADOS A LA APLICACIÓN DE LODOS EN
AGROSISTEMAS……………………………………………………
81 4.3.1 Impactos ambientales por nutrientes..……………..…….. 82 4.3.2 Impactos ambientales por elementos traza metálicos..... 84 4.3.3 Impactos ambientales por patógenos…….. …….…........ 86 4.3.4 Impactos al cambio climático……………………...…........ 86 4.4 ANÁLISIS DE LA NORMATIVA ASOCIADA A LA APLICACIÓN
DE LODOS EN SUELOS….........................................................
88 4.4.1 Normativa chilena (D.S. Nº4/2009)….……………………. 88 4.4.2 Normativa europea (86/278/EEC)……..……….…..…….. 91 4.4.3 Normativa EEUU (40 CFR Part 503)………..…..………... 93 4.4.4 Normativas en América Latina.……………………………. 94 4.4.5 Comparación de normativas..……………………………... 95 4.4.6 Discusión de la normativa chilena sobre la aplicación de
lodos en suelos………………………………………………
100 4.4.7 Recomendaciones al D.S. Nº4/2009……………………… 103 4.5 SUPERFICIE APTA PARA APLICACIÓN DE LODOS EN LA
PROVINCIA DE MEPILILLA……………….……………………….
105 4.5.1 Superficie apta según exigencias legales……..…………. 105 4.5.2 Superficie apta según información disponible….............. 105 4.5.3 Superficie apta según Censo Agropecuario y Forestal.... 106 4.5.4 Superposición de capas de información ………………… 107 4.5.5 Análisis de resultados…………………………………........ 109 4.5.6 Cuantificación final………………….…………………........ 119 4.6 CÁLCULO DE COSTOS-FERTILIZANTES MINERALES
VERSUS LODOS…...……………………………………………….
122 CAPÍTULO 5. CONCLUSIONES …….……………………………………… 128 CAPÍTULO 6. BIBLIOGRAFIA CONSULTADA ……….……………… 131 APÉNDICE I…………………………..……………………………………….. 139 APÉNDICE II…………………………………………..………………………. 144 SIGLAS…………………………………………………………………..…….. 145
iii
INDICE DE CUADROS
Cuadro 1: Algunas propiedades químicas típicas de lodos tratados o biosólido…………................................................................
19
Cuadro 2: Acciones de la materia orgánica (MO) y sus efectos en el suelo…………………………………………………………….
25
Cuadro 3: Plantas de tratamiento, cobertura de alcantarillado, número de habitantes atendidos, caudal promedio y tratamiento secundario de las aguas servidas en la RM….
28 Cuadro 4: Listado de PTAS en la RM, con datos sobre la RCA,
tratamiento de lodos, sistema de secado, humedad, producción y destino del lodo……..………………………….
30 Cuadro 5: Antecedentes de los ensayos realizados a través del
Convenio SAG-Aguas Andinas S.A (2001-2004)…….........
45 Cuadro 6: Propiedades físicas y químicas iniciales de algunos de los
suelos sometidos a aplicación de lodos…...........................
46 Cuadro 7: Propiedades químicas iniciales de los lodos utilizados en
las aplicaciones para los estudios de SAG e INIA…………
48 Cuadro 8. Propiedades físicas y químicas finales de los suelos
después de dos y tres temporadas de aplicación de lodos, para el estudio SAG (2001-2004)……………………………
49 Cuadro 9: Rendimiento obtenido en trigo, tomate, avena y maíz
choclero (kg ha-1), del estudio INIA en tres temporadas…
55 Cuadro 10: Tratamientos aplicados y rendimientos obtenido en maíz
choclero expresado en porcentaje en relación al tratamiento 100%F en el sector de Chada (2001-2003)………………...
56
Cuadro 11: Propiedades evaluadas en el suelo, en cultivos y frutales, luego de tres temporadas de aplicación de lodos (Estudio INIA)……………………………………..................................
58 Cuadro 12: Antecedentes del estudio de la Universidad de Chile.
Proyecto FONDEF DO1I1034………………………...……..
63 Cuadro 13: Propiedades de los lodos compostados y sin compostar
provenientes de tres regiones (Valparaíso, O´Higgins y Maule)………………………………………………………….
64 Cuadro 14: Distribución del nitrógeno de los lodos compostados y sin
compostar (g N/100 g suelo)……….………………………...
65 Cuadro 15: Algunas propiedades químicas de los suelos con lodos
con y sin compostaje………………...………………………..
66 Cuadro 16: Crecimiento medio en área basal por predio, rodal y
tratamientos (período 2002-2005)...…………………………
67 Cuadro 17: Planes de aplicación de lodos en las provincias de
iv
Melipilla, Chacabuco y experiencias en bosques de eucaliptus…………………………………………….……….
71
Cuadro 18: Propiedades químicas de los suelos utilizados para aplicaciones de lodos en la provincia de Melipilla………….
74
Cuadro 19: Caracterización química y microbiológica de los lodos utilizado en las aplicaciones entre 2006-2009….................
76
Cuadro 20: Propiedades químicas de dos predios antes de la aplicación de lodos y al final de la cosecha de cada cultivo……………………….…………….…………………….
78 Cuadro 21: Composición de nutrientes en fertilizantes y lodo…………. 82 Cuadro 22: Aporte de diferentes nutrientes del lodo a distintas dosis
de aplicación………………………………..………………….
83 Cuadro 23: Aporte de ETM por el lodo a distintas dosis de
aplicación……………………………………………………….
85 Cuadro 24: Concentraciones máximas de ETM en suelo receptor……. 90 Cuadro 25: Concentraciones máximas de ETM en lodos para
aplicación al suelo……………………………………………..
91 Cuadro 26: Comparación de normas..................................................... 96 Cuadro 27: Límites máximos de concentración de ETM en lodos en
distintas normativas………………………….……................
99 Cuadro 28: Variables y criterios del D.S. Nº4 usados para la
obtención de áreas receptoras de lodos en la cartografía..
108 Cuadro 29: Órdenes de suelos en la provincia de Melipilla…................ 109 Cuadro 30: Clases de drenaje de los suelos en la provincia de
Melipilla…………………………………………………………
110 Cuadro 31: Clases de capacidad de uso de suelos (CCUS) de la
provincia de Melipilla…………………………………………..
113 Cuadro 32: Distribución del contenido de materia orgánica de los
suelos de la provincia de Melipilla…....................................
116 Cuadro 33: pH y rango, superficie y distribución de los suelos de la
provincia de Melipilla………………………………………….
117 Cuadro 34: Superficie de los suelos arenosos de la provincia de
Melipilla según la clase textural…….………………………..
117 Cuadro 35: Superficie apta para recibir lodos en la RM, según
criterios anteriores al D.S. Nº04/2009……………….………
121 Cuadro 36: Cálculo de costos de producción de una hectárea de maíz
grano con uso de fertilizante mineral………………………..
124 Cuadro 37: Cálculo de costos de producción de una hectárea de maíz
grano con aplicación de lodos………..………………………
125 Cuadro 38: Comparación de costos de producción de una hectárea
de maíz grano con fertilizante versus lodos………………...
126
v
INDICE DE FIGURAS
Figura 1: Área del estudio……………………….……………………….. 10
Figura 2: Aplicación teórica del sistema..…......................................... 15
Figura 3: Flujos de energía, ciclo de nutrientes y pérdidas en un sistema…………………………………………………..……....
22
Figura 4: Plantas de tratamiento de aguas servidas en la RM………. 27
Figura 5: Precios de la urea, durante el período 2006-2010…………. 34
Figura 6: Precios del superfosfato triple, durante el período 2006-2010……………………………………………………………...
35
Figura 7: Series de suelos presentes en la provincia de Melipilla, RM........................................................................................
111
Figura 8: Clases de drenaje de suelos de la provincia de Melipilla, RM………………………………………………………………..
112
Figura 9: Clases de capacidad de uso de suelos de la provincia de Melipilla, RM………………………………..………...…………
114
Figura 10: Vulnerabilidad de acuíferos en la provincia de Melipilla, RM………………………………………………………………..
115
Figura 11: Clases texturales gruesas de suelos de la provincia de Melipilla, RM………………………………………………….....
118
Figura 12: Superficie apta para la aplicación de lodos en suelos de la provincia de Melipilla, RM…………………………..……….
120
1
RESUMEN
Este estudio analiza la utilización de lodos provenientes de plantas de
tratamiento de aguas servidas (PTAS) con un enfoque de sistema. Se entrega
información relevante y resultados generados de experiencias de terreno por
diferentes instituciones públicas (INIA, Universidad de Chile y SAG) sobre la
aplicación de lodos en suelos, considerando al lodo tratado como un mejorador
de suelos o como un complemento a la fertilización. Dichos estudios determinan
su aplicabilidad en la agricultura.
El saneamiento de las aguas servidas en Chile con la consecuente
implementación de PTAS, en especial en la Región Metropolitana (RM), ha
provocado una elevada generación de lodos, los que en la actualidad han sido
normados para permitir su aplicación en suelos. No obstante, al analizar la
normativa chilena (DS Nº4/2009) y compararla con otras, se detectan falencias
importantes en algunos criterios empleados.
Las experiencias de aplicación de lodos en suelos evidencian efectos positivos
sobre las propiedades físicas de los suelos, como la disminución de la densidad
aparente y un incremento de la retención de agua. También se mejoran las
propiedades químicas, por el aporte de materia orgánica y nutrientes.
No obstante, algunos estudios señalan efectos negativos por la aplicación de
lodos, como una acumulación de elementos trazas metálicos (ETM), tanto en
suelos (zinc y cobre) como en tejidos vegetales (zinc en granos de trigo).
También, se señala un aumento de la conductividad eléctrica (salinidad) de los
suelos.
2
Este estudio determina para la provincia de Melipilla una superficie
potencialmente apta para la recepción de lodos de 140.000 hectáreas.
Se concluye que los lodos generados en PTAS pueden aplicarse en
agrosistemas sin provocar efectos ambientales adversos, siempre y cuando se
consideren criterios mínimos adicionales a los exigidos por la normativa vigente.
Además, la aplicación es una alternativa económicamente beneficiosa en
comparación a una disposición final en monorellenos o rellenos sanitarios.
Palabras claves: PTAS, lodos tratados, agrosistema.
3
SUMMARY
This study examines the utilization of sewage sludge coming from sewage water
treatment plants (SWTP) with an emphasis on the system. It shows relevant
information and results generated from field experiences carried out by different
public institutions (INIA, University of Chile and SAG), regarding the application
of sewage sludge on soils, considering the treated sludge as a soil amendment
or as a fertilization complement. These studies determine its applicability in
agriculture.
The sanitation of sewage water in Chile with the consistent implementation of
SWTP, especially in the Metropolitan Region (MR) caused an elevated
production of sewage sludge, which in actuality has been regulated to allow its
use on soils. However, while analyzing the Chilean regulations (D.S.Nº4/2009)
and comparing them with others, important shortcoming have been detected in
some of the criteria that were used.
The experiences of application of sewage sludge in soils show positive effects
on the physical properties of the soils, such as the decrease in bulk density and
increased water retention. Chemical properties also improve with the
contribution of organic matter and nutrients.
However, some studies suggest negative effects of sewage sludge application,
such as an accumulation of trace metal elements (TME) both in soils (zinc and
copper) and plant tissues (zinc in wheat grains). An increase of electrical
conductivity (salinity) of soils is also being shown.
This study establishes a potentially suitable area for the reception of sewage
sludge of 140,000 hectares (345.947 acres) for the province of Melipilla.
4
It is concluded that the sewage sludge generated in SWTP can be applied in
agro systems without causing adverse environmental effects, as long as
additional minimum criteria is being considered in addition to those required by
current regulations. Furthermore, the application is an economically beneficial
alternative to a final disposal in monofill or landfills.
Keywords: SWTP, treated sewage sludge, agrosystem.
5
CAPÍTULO 1. PRESENTACIÓN
1.1 INTRODUCCIÓN
A comienzos de la década de los 90 se inició en Chile la construcción de
plantas de tratamiento de aguas servidas (PTAS). Este proceso se aceleró
significativamente a partir del año 2000 con la publicación de la Norma de
Emisión de Residuos Líquidos a Aguas Marinas y Continentales Superficiales
(DS.Nº90/2000), lo que ha traído como principal beneficio, la descontaminación
de los cursos de aguas de los centros urbanos del país (Barañao y Tapia, 2004;
Castro, 2007).
Chile cuenta con PTAS de alta tecnología, consideradas las más modernas del
mundo y las más grandes de América Latina. De acuerdo a proyecciones de las
propias empresas sanitarias, el índice de cobertura de tratamiento de aguas
servidas a nivel nacional alcanzará prácticamente un 100% en los próximos
años, dando solución definitiva a los problemas sanitarios de contaminación
ambiental y de salud pública (SISS, 2008).
No obstante, una consecuencia no considerada en su momento fue la creciente
generación de residuos o subproductos de este tratamiento que son los lodos
urbanos, proyectada para el año 2012 en 1.000 Mg d-1 (en base húmeda) en la
Región Metropolitana (RM), cuya adecuada disposición final no ha sido resuelta
hasta ahora.
La experiencia internacional ha considerado diversas alternativas de disposición
de los lodos, tal como la incineración, el depósito en rellenos sanitarios,
monorellenos y la aplicación directa al suelo (Epstein, 2003). Mosquera-
Losada, et al., (2008), señalan que la producción de lodos municipales se ha
6
incrementado en años recientes en Europa, resultando en un aumento del
problema de disposición, la Unión Europea promueve el uso de lodos en
agricultura a través del reciclaje de nutrientes. En Australia, según Munn et al.,
(2000) el 80% de los lodos provenientes de plantas de tratamiento de aguas
servidas son utilizados para mejorar las condiciones de fertilidad de los suelos.
Sin embargo, se sabe que existen restricciones de uso del lodo, las que se
asocian a la presencia de elementos traza metálicos (ETM)1 y a una alta carga
de microorganismos patógenos (Alloway, 1995).
Por falta de regulación específica en Chile, los lodos han sido dispuestos
principalmente en rellenos sanitarios y monorellenos, en ciertos casos con un
alto contenido de humedad, lo que ha llevado a serios problemas en el
funcionamiento de los rellenos, especialmente por su inestabilidad, y por la
generación de biogás y lixiviados.
También han ingresado algunos proyectos de PTAS al Sistema de Evaluación
de Impacto Ambiental (SEIA) para la aplicación de lodos en suelos, los que se
han acotado a experiencias pilotos en condiciones controladas, restringiéndose
sólo a suelos degradados y de bajo potencial productivo. De acuerdo a los
criterios aplicados por las autoridades en su momento, no se permitía la
aplicación de lodos en suelos de alta calidad agrícola (clases I, II y III).
No obstante, en abril del año 2010 entró en vigencia la normativa: “Reglamento
para el manejo de lodos generados en plantas de tratamiento de aguas
servidas” (D.S.Nº4/2009), que cambió las condiciones actuales de disposición.
Por una parte, se restringe la disposición final en rellenos sanitarios, y por otra,
1 Según Kabatas-Pendias (2010), el término metal pesado se ha reemplazo por elemento traza
metálico (ETM).
7
se permite, además de la disposición en monorellenos, la aplicación en
prácticamente todos los tipos de suelos.
1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Las políticas de saneamiento de las aguas servidas han traído como
consecuencia, un alto impacto sobre el desarrollo de tecnologías de tratamiento
de las aguas servidas como también beneficios por la descontaminación de
recursos hídricos continentales. No obstante, con estos avances, se han
generado elevados volúmenes de lodos (Castro, 2007).
El manejo de los lodos exige una serie de consideraciones sanitarias, de
restricciones, requisitos y de condiciones técnicas, las que son indicadas en la
normativa vigente, sin embargo, surgen interrogantes en cuanto a la tasa de
aplicación de lodos, los suelos y su variabilidad espacial entre otros aspectos.
Si bien, los lodos tienen un alto contenido de materia orgánica que favorecen
las propiedades físicas intrínsecas del suelo, y mejoran la productividad,
también aportan otros compuestos, tales como elementos traza metálicos
(ETM) y altas cargas de microorganismos patógenos (Alloway, 1995, Epstein,
2003), los que limitan su uso. Las normativas extranjeras generalmente
permiten una aplicación directa de los lodos al suelo, los que han sido utilizados
durante décadas, pero se reconocen las restricciones señaladas anteriormente.
En este sentido, ahora Chile cuenta con una normativa específica vigente que
permite un manejo y destino final de los lodos, entre éstos, su aplicación en
suelos agrícolas, sin embargo, lo anterior podría generar conflictos y trabas en
el contexto del modelo agroexportador chileno, dadas las restricciones de
8
exportación para ciertos productos con algunos países (Ministerio de
Agricultura, 2006).
El presente estudio aborda la temática de la aplicación de lodos a través de un
enfoque de sistema. Un sistema físico natural 2 , está constituido por dos
subsistemas: un subsistema urbano-periurbano, en el cual se generan los lodos
como parte del servicio de tratamiento de las aguas servidas y el otro
subsistema rural o agrosistema3, en el cual se pueden disponer los lodos. La
opción de destino en suelos agrícolas, considera las propiedades químicas del
lodo, y sus posibilidades de mejoramiento de algunos tipos de suelos como una
alternativa integrada de gestión.
Se pretende profundizar entonces, en la evaluación de experiencias de campo
realizadas con lodos en diferentes rubros tanto agrícola como forestal,
poniéndose principal énfasis en aquellos factores que inciden en la aplicación
de lodos tratados en el agrosistema de la Provincia de Melipilla, RM. Este
agrosistema se ha seleccionado y acotado por sus condiciones agrícolas, ya
que es una alternativa de disposición de lodos, dada la creciente producción de
lodos en la RM, la presencia de componentes en los lodos que restringen su
aplicación y las dificultades en su manejo y aplicación.
2 Según Bifani (2007), un sistema natural está formado por una parte viva (biótica) y otra no viva (abiótica) que le sirve de base y de sustento. Los diferentes elementos tanto bióticos como abióticos están en un proceso permanente de interacciones mutuas. Así, lo que se conoce como ambiente natural es un conjunto de sistemas interactuantes físicos, químicos y biológicos, que se acostumbra a denominar sistema ecológico o ecosistema.
3 Según Labrador (1996), “un agrosistema corresponde a un sistema funcional de múltiples y
complementarias relaciones entre los organismos vivos y su medio, delimitado por unos límites elegidos arbitrariamente y que en el espacio y en el tiempo parecen mantener un equilibrio.”
9
Se analiza la normativa chilena de lodos recientemente aprobada (D.S.
Nº4/2009), la que establece requisitos, condiciones y restricciones de manejo.
Además se entrega información sobre el estado actual de la aplicación de lodos
en la RM.
1.3 ÁREA DEL ESTUDIO
Previo a la promulgación de la normativa y a la fecha, la provincia de Melipilla
ha sido el foco de aplicaciones controladas de lodos, por presentar suelos aptos
para su uso y encontrarse próxima a las principales plantas de tratamiento de
aguas servidas de la Región Metropolitana. Este agrosistema representa una
extensa superficie con una zona de alta actividad agrícola con suelos de alta
variabilidad y aptos para ser receptores de lodos, presenta una importante
conectividad, es decir, es una alternativa de disposición final, de una cantidad
relevante de lodos generados, la que debe otorgar sostenibilidad al sistema
físico natural, debido a la imposibilidad de contar con sistemas de disposición
confinados para estos lodos.
El área principal que se ha seleccionado para desarrollar esta investigación se
presenta en la Figura 1 y que corresponde a la provincia de Melipilla, Región
Metropolitana. Se encuentra ubicada a 80 km del Gran Santiago, centro urbano
más importante y a la misma distancia de las principales plantas de tratamiento
de aguas servidas de la región. La provincia de Melipilla presenta condiciones
que a la fecha han permitido aplicaciones de lodos en forma controlada.
En esta área se determinará la superficie que puede ser receptora de lodos
considerando las exigencias de la normativa.
10
Figura 1. Área del estudio
11
1.4 FORMULACIÓN DE LA HIPÓTESIS
Se ha estudiado y se sabe a nivel mundial que los lodos tratados
provenientes de plantas de tratamiento de aguas servidas (PTAS) tienen
ventajas tanto para los suelos como para los cultivos, dadas principalmente
por su alto contenido de materia orgánica y algunos nutrientes. No obstante,
dichos lodos también poseen desventajas para los suelos, cultivos y la
cadena trófica, dadas por la presencia de metales pesados o elementos traza
metálicos (ETM) y patógenos.
La hipótesis de este trabajo sostiene que la aplicación de lodos urbanos
puede generar beneficios en agrosistemas sin provocar efectos adversos,
siempre y cuando se consideren criterios técnicos y ambientales mínimos que
permitan una sostenibilidad del sistema en el tiempo convirtiendo así este
residuo en un subproducto de valor agrícola y ambiental.
1.5 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN
1.5.1 Objetivo general
El objetivo general del presente estudio es analizar:
1) Las experiencias de campo con aplicaciones de lodos en agrosistemas
principalmente en las provincias de Melipilla y Maipo, Región
Metropolitana, las que se contrastan con estudios realizados en el
extranjero, y
2) La normativa aprobada en Chile y la existente en el extranjero, a fin de
determinar criterios técnicos bajo los cuales dicha aplicación sea
beneficiosa y no genere efectos adversos para el agrosistema.
12
1.5.2 Objetivos específicos
a) Analizar los resultados de investigaciones de aplicación de lodos en
agrosistemas durante más de dos temporadas agrícolas en la provincia
de Melipilla y de Maipo y una experiencia realizada en el ámbito
forestal.
b) Identificar los impactos o efectos generados en agrosistemas por
aplicación de lodos.
c) Cuantificar la superficie apta para la aplicación de lodos en la provincia
de Melipilla, basada en la información existente y bajo los criterios
técnicos de restricción de uso de los lodos establecidos en la normativa
vigente.
d) Determinar los costos de producción de una hectárea de maíz
considerando como insumos el uso de fertilizante mineral y el lodo.
e) Analizar la normativa chilena de aplicación de lodos, Decreto Supremo
Nº 4 de 2009 y normas extranjeras tal como la USEPA y europea y
realizar una comparación entre ellas.
f) Entregar, si corresponde, recomendaciones de criterios mínimos al
D.S.Nº 4/2009 para evitar riesgos ambientales de los agrosistemas.
13
CAPÍTULO 2. MARCO CONCEPTUAL Y ESTUDIO DE LA PROBLE MÁTICA
2.1 ENFOQUE DE SISTEMA EN EL TRATAMIENTO DEL PROBLE MA
La Universidad Autónoma de Madrid (1995), señala que la aplicación al suelo
de lodos procedentes de depuradoras de aguas residuales urbanas, introduce
apreciables mejoras en su productividad y en la recuperación de ecosistemas
degradados. La gestión de los lodos provenientes de plantas de tratamiento
de aguas servidas, en este estudio será abordada a través del concepto de
teoría de sistema, un sistema físico natural compuesto por dos subsistemas
interrelacionados, esto es, un subsistema urbano y peri-urbano que genera
lodos y un subsistema rural o agrosistemas que los recibe, es decir, un
sistema físico natural que interrelaciona sociedad y naturaleza.
Un sistema, según Bertalanffy (2000), se define como un conjunto de
elementos que se relacionan entre ellos y con el medio, permitiendo un
enfoque global del objeto de estudio. El mismo autor señala que la teoría
general de los sistemas afirma que las propiedades de los sistemas no
pueden ser descritas significativamente en términos de sus elementos
separados. La comprensión de los sistemas solamente se presenta cuando se
estudian los sistemas globalmente, involucrando todas las interdependencias
de sus subsistemas.
Según Chiavenato (2004), el término sistema es generalmente empleado en
el sentido de sistema total y tiene muchas connotaciones. Los componentes
necesarios para la operación de un sistema total son llamados subsistemas
los que, a su vez, están formados por la reunión de nuevos subsistemas más
detallados. Así, tanto la jerarquía de los sistemas como el número de
subsistemas dependen de la complejidad intrínseca del sistema total.
Los sistemas pueden operar en serie o en paralelo. No hay sistemas fuera de
un medio específico (ambiente), es decir los sistemas existen en un medio y
14
son condicionados por él. El medio (ambiente) es el conjunto de todos los
objetos que, dentro de un límite específico pueden tener alguna influencia
sobre la operación del sistema. Los límites (fronteras) son la condición
ambiental dentro de la cual el sistema debe operar. El sistema se compone de
subsistemas y éstos a su vez tienen las mismas funciones y características de
los sistemas.
La gestión de los lodos puede ser abordada como una aplicación teórica de
sistemas que comprende flujos de productos, y dependiendo de la decisión
adoptada genera energía e información (Margalef, 2002).
Este concepto se representa en la Figura 2, como un esquema general del
sistema escogido, abordado en este estudio. El lodo tratado, al ser
considerado un residuo urbano, desde una perspectiva de seguridad sanitaria
y de suelos, podría ser dispuesto en rellenos sanitarios, monorellenos o
eliminado vía incineración, sin embargo, estas opciones no resuelven la
problemática.
Se sabe que nuestro país tiene déficit de rellenos sanitarios (Sanfeliu, T.,
Jordán, M. y Boix, A. (2005), para enfrentar la gestión de los residuos sólidos
domésticos, por una parte, los monorellenos requieren sofisticados pre
tratamientos y medidas constructivas y operativas para garantizar su
estabilidad y por lo demás no se cuenta con plantas de incineración para este
tipo de residuos.
Por otra parte, el lodo puede utilizarse como un insumo, ya sea como
mejorador de suelos y/o aportante de nutrientes en el subsistema rural, que
debe entenderse como una parte del sistema físico-natural, alternativa de
reuso que puede mantener al suelo en un equilibrio dinámico y susceptible de
intercambiar materia y energía con el medio circundante y que le otorga
sostenibilidad al sistema.
15
Figura 2. Aplicación teórica del sistema
SISTEMA FÍSICO-NATURAL
Subsistema Urbano y Periurbano Subsistema Rural o Agrosistema
agua tratada Cauce natural
Biogás Emisión
Aguas PTAS SUELO
servidas con Tto. Fertilizante Cultivos
lodo crudo Lodo tratado Insumo
Mejorador Degradación de Suelos
Residuos
Productos secundarios
Relleno sanitarioMonorellenoIncineración
Subsistema Seleccionado
16
El enfoque de sistema es abierto ya que según Chiavenato (2005), presenta
relaciones de intercambio con el ambiente, a través de entradas y salidas. Los
sistemas abiertos intercambian materia y energía regularmente con el medio
ambiente, son eminentemente adaptativos, esto es, para sobrevivir deben
reajustarse constantemente a las condiciones del medio.
Los lodos urbanos constituyen un producto generado en las PTAS, es decir
corresponden a salidas del subsistema urbano y periurbano; presentan
características físicas y químicas que hacen posible su uso agrícola, es decir,
se convierten en una entrada al subsistema rural o agrosistema. Para
alcanzar un equilibrio en el sistema físico-natural, la utilización de los lodos en
el subsistema rural o agrosistema debe ser acorde a la capacidad de
adecuación de dicho agrosistema.
Epstein (2003), señala que debe hacerse una distinción respecto de la
definición de lodo y biosólido, ya que el lodo es un término genérico que se
usa para diferentes materiales tanto de tipo orgánico como inorgánico que
están sometidos a un tratamiento; mientras que el biosólido es un término que
se aplica a todos aquellos residuos biológicos que han sufrido un proceso de
tratamiento.
2.1.1 Subsistema urbano y periurbano. Áreas de generación de lodos
Para Rueda (1997), la ciudad en el campo de la teoría de sistema abarca
cualquier realidad conocida, desde el entorno hasta el universo, pasando por
la molécula, la célula, el organismo, el bosque o la ciudad.
Un subsistema urbano corresponde al conjunto de componentes dinámicas
que componen una ciudad y sus interrelaciones. Esta definición puede ser
aplicada a un conjunto de ciudades o a una ciudad, que tienen una
interrelación o flujos entre ellas que son importantes en función de las
17
distancias, de los servicios que ofrece, del número de habitantes y de las
infraestructuras de transporte y comunicaciones que facilitan las relaciones
sociales, económicas, entre otras.
Por su parte, el subsistema periurbano se define, según Solís y Brondolo
(1999), como un espacio que no es rural ni urbano, una franja que presenta
características de ambos, una zona de fricción permanente con intercambios
muy activos que se encuentran regidos por la ciudad, lo que provoca un flujo
totalmente asimétrico de materia y energía. Dicha zona de fricción es muy
dinámica y compleja, y tiene todas las características de una inter fase
ecológica y de una frontera socio-productiva.
Para Morello (1996) el concepto de periurbano se refiere a un espacio donde
se acumulan discontinuidades de servicios urbanos y rurales, así como
materiales de difícil y lenta digestión y dilución biológica.
El subsistema periurbano, corresponde a una interfase, porque allí
disminuyen varios servicios del subsistema urbano, como los de agua
potable, electricidad, desagües pluviales, recolección de basura, cloacas; y
también se atenúan los "servicios ecológicos" que provee el medio rural como
la capacidad de fijar energía solar en forma de energía química y
transformarla en alimentos, de descomponer materia orgánica, reciclar
nutrientes, regular el agua y formar suelo. Sin embargo, este espacio se carga
continuamente de productos del metabolismo de la ciudad como efluentes,
basura, escombros, residuos sólidos industriales, produciéndose un
desequilibrio entre los aportes y la capacidad natural de resolución de los
mismos. Esta situación genera degradación del sistema natural y espacios
con altos costos de recuperación, para la consecución de sus funciones
específicas (Solís y Brondolo, 1999).
18
2.1.1.1 Plantas de tratamientos de aguas servidas ( PTAS)
Una planta de tratamiento de aguas servidas puede ser considerada un
componente del subsistema urbano y periurbano, se relaciona con otros
elementos o subsistemas y a través de la circulación de energía produce
variaciones de estado de otros elementos. Es así que, el agua servida ingresa
a este componente del subsistema urbano, es sometida a tratamientos
físicos, químicos y biológicos, donde se le extraen distintos contaminantes y
se obtienen otros productos tales como agua tratada, metano, lodos, los que
a su vez son devueltos al subsistema urbano o periurbano o bien, al
subsistema rural o agrosistema como un subproducto ó biosólido.
2.1.1.2 Los lodos urbanos
Se puede decir que el agua servida corresponde a un producto del
metabolismo de la ciudad y que su tratamiento constituye un servicio del
subsistema urbano (Solís y Brondolo, 1999). De este servicio se genera un
producto residual, los lodos, fundamentándose en el aporte y concentración
de materia y energía. El agua es consumida en la ciudad y es transformada,
luego de su consumo, en el propio sistema urbano. Las áreas urbanas tienen
una gran concentración de energía por unidad de superficie en comparación
con áreas naturales. La magnitud de estos flujos energéticos comienzan a
tener importancia cuando se alteran los equilibrios del sistema, en cualquier
parte donde se concentren (Rueda, 1997).
El lodo por su parte, es un subproducto no peligroso, semisólido o líquido
generado en las PTAS, dentro del subsistema urbano o periurbano. Presenta
una composición química variable, atribuible a las diferencias considerables
en clima, forma y uso del terreno, distribución de la población, problemas de
calidad del agua y del estatus económico de la ciudad (Naidu, et al., 2004).
Epstein (2003) señala que las propiedades químicas de los lodos tratados o
biosólidos son afectadas por varios factores entre ellos, la calidad de las
19
aguas servidas, la extensión del tratamiento, las modalidades de procesos y
los métodos de estabilización. Según Metcalf y Eddy (1995), los lodos
producidos en las operaciones y procesos de tratamientos de las aguas
residuales suelen ser un líquido o líquido semisólido con un contenido en
sólidos, dependiendo de las operaciones y procesos de tratamiento variable
entre 0,25 y 12% en peso, sus características químicas están relacionadas
con su contenido orgánico, nutrientes, concentración de metales y químicos
orgánicos tóxicos, en el Cuadro 1 se presenta algunas propiedades.
Cuadro 1: Algunas propiedades químicas típicas de lodos tratados o
biosólido
Propiedades Unidad Rango
Sólidos totales % 0,83-1,16
Sólidos volátiles % 59-88
Aceites y grasas % 0,5-12
Proteínas % 32-41
Nitrógeno % 2,4-5
Fósforo % 1,2-4,8
Potasio % 0,4-0,5
pH 6,5-8,0
Alcalinidad mg/l (Ca CO3) 580-1.100
Ácidos orgánicos mg/l (HAc) 1.100-1.700
Contenido de energía kcal/kg 18.500-23.000
Fuente: Metcalf y Eddy (1995) 2.1.2 Subsistema rural o agrosistema. Áreas de disp osición de lodos tratados o biosólidos
Altieri (1999) define un sistema agrario, sistema agrícola, agroecosistema,
como un sistema abierto que recibe insumos del exterior dando como
resultado productos que pueden ingresar en sistemas externos. Por otra
20
parte, Labrador (2001), señala que un agrosistema o sistema agrícola es un
ecosistema originado por la intervención humana, que presenta un equilibrio
meta estable, una estructura simplificada y frágil, que especializa sus
comunidades, y regula de manera particular sus poblaciones, que mantiene
ciclos abiertos de materiales y dirige su flujo energético hacia la obtención de
productos cotizados, dando como resultado, una coevolución integrada entre
cultura, economía y medio ambiente. Algunos autores señalan que el
concepto de agrosistema corresponde a una unidad ambiental en la que se
desarrolla la actividad agrícola, ganadera y forestal.
En los sistemas agrícolas, el aporte de materia orgánica es discontinuo y
depende del ser humano; el estiércol, los residuos de cosecha, la paja
incorporada, los abonos verdes y las diversas enmiendas orgánicas, cuando
se producen, sustituyen la hojarasca, siendo la descomposición activada por
el enterramiento, el laboreo y el aporte simultáneo de abonos minerales. Por
otra parte, los aportes suceden en épocas del año que no tienen coincidencia
con la máxima actividad microbiana y no está relacionado lo extraído en
calidad ni cantidad con lo aportado (Labrador, 1996).
Al hablar de agrosistemas, el valor absoluto del contenido de materia orgánica
en el suelo es tan importante como, la velocidad con la que la materia
orgánica evoluciona y el equilibrio al que tienden los procesos de humificación
y mineralización, específicos de la heterogeneidad de los diferentes medios y
cultivos (Labrador, 2001).
Los nutrientes del suelo pasan a lo largo del tiempo por los distintos
compartimentos que integran el sistema, siguiendo un ciclo natural (ciclo
biogeoquímico), que los dirige desde su absorción por las raíces, o su
inmovilización durante un cierto período en la biomasa microbiana, hasta su
vuelta de nuevo al suelo. Esta dinámica, puede contemplarse a mayor escala
con múltiples ciclos que afectan a cada uno de los distintos elementos,
condicionándose e interrelacionándose unos con otros y en los que los
21
microorganismos actúan, entre otras cosas, intercambiando elementos entre
las partes bióticas y abióticas del sistema, asegurando el retorno del anhídrido
carbónico a la atmósfera y evitando la acumulación indefinida de los restos
orgánicos (Labrador, 2001).
Odum (1972) se refiere a los agrosistemas como ecosistemas domesticados
cuya fuente de energía, al igual que los ecosistemas naturales, es el sol. Sin
embargo, difieren de éstos en que las fuentes auxiliares de energía para
aumentar la productividad son combustibles fósiles, además de la fuerza de
trabajo humana, animal y de maquinaria. El control del sistema es externo y
orientado a objetivos particulares, en contraste con el control interno de
retroalimentación de los ecosistemas naturales.
Por otra parte, para Labrador (2001) en los agrosistemas, el flujo de energía
es alterado con la intervención humana, rigiéndose las entradas de energía
según necesidades externas al sistema y según su nivel de artificialización y
teniendo que aportar además, en mayor o menor grado, fuentes auxiliares de
energía que pueden ser humana, animal o combustible para aumentar su
producción. Esto les convierte en sistemas abiertos no auto-sostenibles,
donde considerable cantidad de energía, no se acumula en forma de biomasa
para un consumo interno del propio sistema, sino que es exportada con cada
cosecha, como se indica en la Figura 3.
22
Figura 3. Flujos de energía, ciclo de nutrientes y pérdidas en un sistema
Sol
Productores Consumidores Consumidores primarios herbíboros carnívoros u
onmivoros
Organismos Suelo descomponedores
Flujo de energía Ciclo de nutrientes Pérdidas de energía del sistema
Fuente: Labrador (1996), basado en Lambert (1981)
2.1.2.1. Suelos como componente del agrosistem a
Según Sumner (2000), el suelo corresponde a una frágil y delgada capa
producto de la meteorización y parcial descomposición de formaciones
geológicas. A través de procesos de formación de suelo de tipo geológicos,
topográficos, climáticos, físicos, químicos y biológicos se forma una entidad
viviente compuesta de una asociación de partículas inorgánicas o minerales
complejos vinculados con la materia orgánica, y perfundidos por los gases.
Cuando ingresa agua al suelo se genera un transporte de nutrientes, y este
complejo sistema se convierte en el sustrato fértil. La zona de la pedósfera,
un soporte vital, es un medio biológicamente activo, poroso, y estructurado
que integra y disipa los flujos de masa y energía.
23
Demolón (1965) define suelo como una formación natural de la superficie, de
estructura suelta y espesor variable, resultante de la transformación de la roca
madre subyacente bajo la influencia de diversos procesos físicos, químicos y
biológicos. A su vez, Luzio (2010) señala que el suelo es el resultado de la
acción acumulada de flujos de energía y materia a partir de un material de
origen, procesos que tienen como efecto, entre otras cosas, la transformación
progresiva de los materiales de partida en constituyentes secundarios.
Brady (1990) se refiere a los suelos como cuerpos naturales en el que crecen
las plantas, ellos proporcionan el punto de partida para una próspera
agricultura, pero también son utilizados para absorber los residuos
procedentes de los sistemas de aguas residuales, desechos urbanos,
industriales y de fuentes animales. Por su parte, Sumner (2000) señala que el
suelo no sólo sirve para fomentar y sostener la vida en sus múltiples formas,
también actúa como un filtro viviente de los residuos generados por
actividades humanas y animales. En esta función, limpia, purifica y recicla el
agua y desintoxica y vuelve inofensivos la mayoría de las toxinas y agentes
patógenos que de otro modo irremediablemente contamina y degrada el
medio ambiente.
2.1.2.2 La materia orgánica en los agrosistemas
Sumner (2000), señala que la fracción orgánica de los suelos a pesar de
representar una proporción pequeña pero variable de la masa total del suelo,
puede ejercer una profunda influencia en las propiedades del suelo y en el
funcionamiento de los ecosistemas.
El tipo y cantidad de materia orgánica del suelo presentan una variabilidad
espacial importante entre un ecosistema y otros y dentro de cada uno de
ellos, tanto vertical como horizontalmente. Su dinamismo está determinado
por la incorporación al suelo de restos de origen vegetal, animal y microbiano
y la transformación y evolución de éstos, mediada por la interacción de
24
múltiples procesos, principalmente los procesos de mineralización (paso a
formas inorgánicas) y la humificación (reorganización y neoformación de
productos orgánicos). El retorno anual de la materia orgánica al suelo
depende de la zona climática, tipo de vegetación y uso del suelo (Labrador,
1996; Porta et al., 2003;).
Por otra parte, un suelo de cultivo que recibe periódicamente aportes de
materia orgánica (y otras enmiendas compensadoras de posibles carencias o
desequilibrios), que mantiene una actividad edáfica óptima, que presenta una
activa mineralización de la materia orgánica y que al mismo tiempo genera
significativas cantidades de humus, le permite mantener un adecuado
dinamismo a su ciclo orgánico (Labrador, 1996).
2.1.2.3 Efectos de la materia orgánica en los suelo s
La materia orgánica del suelo preferente humificada es un constituyente
esencial del sistema edáfico ya que por su constitución y propiedades tiene
influencia sobre las propiedades que definen la fertilidad global de suelos
agrícolas y por ende el óptimo desarrollo de los cultivos. Es la responsable
directa de la mayoría de las propiedades físicas, químicas y biológicas del
suelo (Labrador, 1996, Aguilera y Rodríguez, 2005).
Dentro de los beneficios en el suelo, la materia orgánica ayuda a la formación
y estabilización de los agregados, al desarrollo de raíces, estimula la
adsorción e intercambio catiónico, incrementa el poder tampón del suelo,
reduce la acción de sustancias tóxicas, mejora la capacidad de retención de
humedad y mejora la porosidad y aireación facilitando el laboreo (Brady,
1990, Munn, et al., 2000).
25
Según Terrón (1988), las principales acciones atribuidas a la materia orgánica
y sus efectos asociados en el suelo se señalan en el Cuadro 2.
Cuadro 2. Acciones de la materia orgánica (MO) y sus efectos en el suelo
Propiedades Efectos de la MO
Físicas Aumenta la capacidad calorífica, la estabilidad estructural, la
estructuración, la capacidad de retención hídrica, la permeabilidad
hídrica y gaseosa, presencia de suelos más calientes en primavera,
reduce las oscilaciones térmicas, agrega partículas elementales,
mejora estructura y porosidad en suelos arcillosos y cohesiona a los
suelos arenosos, facilita el drenaje y las labores, reduce la erosión, la
evaporación y mejora el balance hídrico.
Químicas Aumenta la capacidad tampón, la capacidad de intercambio catiónico,
regula el pH, mantiene los cationes en forma cambiable, forma
fosfohumatos y quelatos, y mantiene las reservas de nitrógeno.
Biológicas Favorece la respiración radicular, la germinación de las semillas, el
estado sanitario de órganos subterráneos, regula la actividad
microbiana, es fuente de energía para microorganismos heterótrofos.
El CO2 desprendido favorece la solubilización mineral, contrarresta el
efecto de algunas toxinas, modifica la actividad enzimática, activa la
rizogénesis y mejora la nutrición mineral de los cultivos.
Fuente: Terrón (1988)
2.1.2.4 Ciclo de nutrientes
La dinámica de un ecosistema o agrosistema comprende dos procesos, uno
de ellos es el ciclo de nutrientes. Los procesos biológicos y geoquímicos
movilizan los nutrientes entre las partes orgánicas e inorgánicas del
ecosistema. El otro proceso corresponde al flujo de energía, que fluye a
través del ecosistema, entra como energía solar y sale como energía calórica.
La energía y los nutrientes se reciclan de tal manera que pasan a los
productores primarios (autótrofos) luego a los consumidores primarios
(herbívoros) y después pasa a los consumidores secundarios
(carnívoros),(Campbell y Reece, 2007; Glynn y Heinke, 1999).
26
Según Labrador (2001), a través de un complejo entramado de ciclos, los
elementos circulan dentro del agrosistema; en esta dinámica el componente
vivo del suelo tiene una gran importancia para determinar el movimiento de
los nutrientes y su distribución. En el suelo, los microorganismos actúan como
reactores, por lo que gracias a ellos tiene lugar una serie de procesos que
evitan que los componentes orgánicos se acumulen indefinidamente. Esto
hace posible la existencia de ciclos de elementos en la naturaleza (Porta et
al., 2003).
Dentro de la fracción orgánica del suelo se acumulan grandes reservas de
nutrientes como por ejemplo nitrógeno (N) y fósforo (P), ambos experimentan
ciclos de mineralización e inmovilización y dependiendo de la actividad del
suelo, se tiende a uno u otro proceso (Labrador, 1996). Los microorganismos
juegan un rol dentro de un ciclo al degradar y sintetizar compuestos orgánicos
y cuando mueren liberan la energía de sus constituyentes, la que vuelve a
estar disponible para otros microorganismos en el sistema (Porta et al., 2003).
Los distintos elementos químicos, vuelven a pasar por un mismo
compartimiento del medio, considerado como un sistema global, después de
cierto lapso de tiempo.
En la mayoría de los suelos, Labrador (2001) señala que el nitrógeno
orgánico representa más del 95% del nitrógeno total, repartido en proteínas
(34-50%), ácidos nucléicos (3-10%), amino azúcares (5-10%). El balance de
nitrógeno del suelo, se equilibra más o menos a largo plazo según el régimen
de aportes y pérdidas (Porta et al., 2003).
Brady (1990) indica que el 20 al 80% del fósforo total en el suelo se encuentra
en forma orgánica, mientras que Labrador (1996) restringe este contenido de
20 al 60%, el que se encuentra en el suelo como fitina, ácidos nucléicos, y de
esta proporción el 90% lo constituyen complejos órgano-minerales.
27
2.2 ESTUDIO DE LA PROBLEMÁTICA
2.2.1 Antecedentes sobre la producción y destino de lodos en la RM
A fines de los años 80, en Chile se estableció una nueva forma de regulación
para los servicios sanitarios, definida a través de un conjunto de leyes y
reglamentos, que constituyen la Normativa Sanitaria, y que definen la actual
organización institucional del sector sanitario basada en el régimen de
concesiones bajo el cual los prestadores de servicios sanitarios deben operar.
En este contexto en la Región Metropolitana se han construido más de 10
PTAS, cuya ubicación se presenta en la Figura 4.
Figura 4. Plantas de tratamiento de aguas servidas en la RM.
Fuente: Aguas Andinas, Abril 2010
28
El Cuadro 3 presenta algunas características de las PTAS en la RM,
correspondiente al Gran Santiago y localidades.
Cuadro 3. Plantas de tratamiento, cobertura de alcantarillado, número de habitantes atendidos, caudal promedio y tratamiento secundario de las aguas servidas en la RM.
PTAS Cobertura
alcantarillado (%)
Número habitantes atendidos
Caudal promedio aguas servidas
(m3s-1)
Tratamiento secundario de aguas servidas
El Trebal 68,0 1.700.000 4,4 LAC (2)
La Farfana 72,0.
3.293.000 (2010) 3.780.000 (2027)
8,8 (2010) 9,4 (2027)
LAC
Mapocho 87,1
Etapa I=1.258.305 Etapa II=1.938.546
Etapa I= 4,4 Etapa II=2,2
LAC
Melipilla 92,4 (2006) 95,2 (2020)
67.964 (2006) 92.609 (2020)
0,21 SBR (3)
San José de Maipo s.i (1) s.i. 0,02 LAC, ZO (4)
El Monte, Lo Chacón, El Paico
70,9 (2002) 98,0 (2008)
17.013 (2003) 28.004 (2024)
0,04 (2003) 0,06 (2024)
SBR
Paine s.i. s.i. 0,09 LAC
Valdivia de Paine (*)
5,0 (2003) 95,0 (2023)
94 (2003) 3.020 (2023)
0,02 (2003) 0,01 (2023)
STP(5)
Talagante 56,0
183.000 (2003) 280.000 (2009)
0,41 (2003) 0,61 (2009) LAC
Curacaví 93,1 (2004)
100,0 (2025) 15.736 (2004) 24.867 (2025)
0,03 (2004) 0,05 (2025)
SBR
Buin-Maipo 89,0 (2005) 96,0 (2020)
53.358 (2014) 60.742 (2020)
0,12 (2014) 0,14 (2020)
LAC SBR
Til-Til 37,8 (2005)
100,0 (2020) 4.355 (2006) 6.100 (2020)
0,01 (2006) 0,01 (2020)
LAC AE(6)
Isla de Maipo(#) s.i.
8.000 (2014) 12.250 (2019)
Etapa I=0,01 Etapa II= 0,02 LAC
Fuente: Basado en información del SEIA (www.e-seia.cl) (*) Hay infiltración de aguas subterráneas a la red de alcantarillado, (#) Proyecto en proceso de calificación ambiental (1) s.i. = Sin información, (2) LAC = Lodos activados; (3) SBR = Reactor Secuencial Tipo Batch, (4) ZO= Zanja de oxidación; (5) STP = Sistema de tratamiento preliminar destinado a la remoción de sólidos gruesos y finos, (6) AE = Aireación extendida.
29
Los datos del Cuadro 3 indican que las coberturas de alcantarillado son altas
en todas las localidades, lo mismo que en el Gran Santiago, dado que las
PTAS El Trebal, La Farfana y lo que se espera de la planta Mapocho,
atenderán en su conjunto a más de siete millones de habitantes
(correspondiente a 1.700.000; 3.780.000 y 1.938.546 habitantes atendidos
por las PTAS El Trebal, La Farfana y Mapocho, respectivamente).
Respectos de los caudales de aguas servidas tratadas, los más altos se
presentan en aquellas plantas ubicadas en el Gran Santiago, mientras que en
localidades, los caudales de tratamiento son menores.
El sistema predominante de tratamiento de las aguas servidas corresponde a
lodos activados convencionales (LAC)4, sistema que produce altos volúmenes
de lodos en comparación con otros tipos de tratamiento (Metcalf y Eddy,
1995).
Por su parte, el Cuadro 4 aporta información contenida en las resoluciones de
calificación ambiental (RCA), respecto del tratamiento de los lodos, contenido
de agua (humedad) luego del secado, los volúmenes que se generan y
finalmente su destino.
El principal sistema de tratamiento de los lodos considerado en prácticamente
todas las PTAS, corresponde a un sistema de aireación seguido de etapas de
espesamiento, almacenamiento y finalmente un proceso de deshidratación,
principalmente centrifugación, comprometiendo de acuerdo a la RCA, una
humedad final del lodo de a lo menos 60 a 70 %.
4 A nivel país (SISS, 2008), los sistemas del tipo lodos activados corresponden a los más utilizados; a abril de 2007 existían 177 PTAS convencionales del tipo lodos activados o lagunas de aireación, seguido por los sistemas no convencionales con 18 lagunas de estabilización, biofiltros y lombrifiltros.
30
Cuadro 4. Listado de PTAS en la RM, con datos sobre la RCA, tratamiento de lodos, sistema de secado, humedad,
producción y destino del lodo.
PTAS RCA Tratamiento Sistema de secado Humedad (%) Producción Destino del lodo
El Trebal 081-A/1998 A+ES+Al (#) Centrifugación 75 200 t d-1
Co-disposición en vertedero autorizado, monorelleno
La Farfana 458/2001 A+ES+DA+Des Centrifugación 65 37 t d-1 (2010), 220 t d-1 (2027)
Monorelleno al interior de la PTAS, durante 5 años.
Mapocho 266/2009 A+ES+Al Centrifugación 75 Etapa I=230 t d-1 Etapa II=340 t d-1
Se contempla trasladar los biosólidos a un lugar autorizado para su disposición temporal y posterior reuso benéfico o para su disposición final.
Melipilla 324/2006 A+ES+Al Centrifugación 75 14 m3d-1 (2007); 18,7 m3d-1 (2020)
Relleno sanitario, sitio autorizado, y/o Planta de compostaje autorizada.
San José de Maipo 434/1999 A+ES+Al+Des Filtro prensa 75 1,4 t d-1 Relleno sanitario Loma Los Colorados
Paine 278/1999 A+ES+Al+Des Lechos de secado 75 2,0-4,4 t d-1 Vertedero autorizado
Valdivia de
Paine
504/2002 s/l s/l s/l s/l s/l
31
Cuadro 4 . Continuación
PTAS RCA Tratamiento Sistema de secado Humedad (%) Producción Destino del lodo
Talagante 145/2003 DA Centrifugación 65 26,5 t d-1 (2009); 39,8 t d-1 (2024)
Relleno sanitario y traslado a monorelleno de PTAS El Trebal
Curacaví 475/2003 A+ES+Al+Des+ EN
Centrifugación 75 3 m3d-1(2011), 3,2 m3 d-1 (2025).
Traslado a monorelleno de PTAS El Trebal.
Buin-Maipo 651/2006 A+ES+Al+Des+ EN
Centrifugación 75 10 m3 d -1 (2014), 12 m3d -1(2020)
Relleno sanitario y/o planta de compostaje autorizada.
Til-Til 28/2007 A+ES+Al+Des+ EN
Centrifugación 75 1,4 m3d-1 (2020) Relleno sanitario y disposición en sitio autorizado.
Isla de Maipo
(*) A+ES+Al+Des Centrifugación 75 3,4 m3d-1 (2020) Relleno sanitario;monorelleno; planta de compostaje o a PTAS El Trebal.
Fuente: Elaborado con información del SEIA (www.e-seia.cl) (*) Proyecto en proceso de calificación ambiental. (#) A=Aireación
ES= Espesamiento Al=Almacenamiento de lodos DA= Digestión anaeróbica Des= Deshidratación s/l= Sin lodos EN=Encalado
32
La generación de lodos resulta ser un aspecto clave ya que sólo en el
Gran Santiago se estima en 1.000 Mg d-1 en base húmeda, mientras que
en las localidades la mayoría de las plantas generan bajos volúmenes de
lodos.
Como destino de los lodos, prácticamente todos los proyectos en la RM
consideran en sus RCA una disposición en monorellenos, vertederos o
rellenos sanitarios. No obstante, algunos proyectos han considerado
opciones de compostaje y de reuso agrícola. Hasta la fecha,
efectivamente, los lodos han sido dispuesto principalmente en rellenos
sanitarios y monorellenos, parcialmente con muy alto contenido de
humedad, lo que ha llevado a serios problemas en el funcionamiento de
los rellenos, especialmente por su inestabilidad, además por la
generación de biogás y lixiviados. Cabe recordar, que durante la
implementación del plan de saneamiento de aguas servidas de la RM, no
existía normativa vigente de manejo de lodos en Chile, en ese momento,
tampoco se preveía ni pronosticaba la importante generación de lodos y
los problemas de gestión asociados.
La normativa actual, el “Reglamento para el manejo de lodos generados
en plantas de tratamiento de aguas servidas” (D.S.Nº4/2009), cambió las
condiciones actuales del destino de los lodos. Por una parte, se restringe
drásticamente la disposición final en rellenos sanitarios, y por otra, se
permite expresamente la disposición en monorellenos y la aplicación en
aquellos suelos que cumplan con los requisitos y características tal como
pH, presencia de nivel freático, pendientes, clase textural, cercanía a
fuentes de agua potable, entre otras.
33
2.2.2 Precio de los fertilizantes minerales
En los últimos años, los fertilizantes de mayor consumo (urea y
superfosfato triple) han tenido un aumento en sus precios, lo que ha
provocado efectos sobre los costos directos en la producción agrícola,
generando una racionalización de su uso. Si bien estos fertilizantes tienen
pocos sustitutos, dentro de los más utilizados para reemplazarlos son el
salitre y el guano (ODEPA, 2008). No obstante, el lodo por sus
constituyentes nutricionales podría sustituir a estos fertilizantes en
determinadas condiciones (Tapia, 2005).
A continuación se realiza un breve análisis de las tendencias en los
precios de los fertilizantes (urea y superfosfato triple), durante el período
2006-2010 en pesos reales sin IVA con el IPC de diciembre del 2010. En
el caso de los lodos, no presentan valor económico en sí y no se
comercializan.
2.2.2.1 Precios de la urea
En el mes de enero del año 2006 la urea tuvo un valor de $247.743 por
tonelada, en mayo se obtuvo el precio más alto ($269.666 por tonelada).
La tendencia de ese año fue lineal, con un promedio de $249.887 por
tonelada.
A inicios del año 2007, el precio de una tonelada de urea tuvo un valor de
$250.946 el que se incrementó a $321.522 y $338.539 en abril y
diciembre, respectivamente. La tendencia fue a un leve incremento al
terminar ese año.
En el año 2008, se presentaron las mayores alzas, con un precio de
$601.352 por tonelada en septiembre. Durante el año 2009 se produjo
una disminución del precio, con un valor promedio anual de la tonelada de
34
$274.157, similar es la situación en el año 2010, que presenta un valor
promedio anual de $255.160 por tonelada. Estas variaciones se reflejan
en la Figura 5.
Figura 5. Precios de urea durante el período 2006-2010
Fuente:www.odepa.gob.cl/servlet/sistemas.series_precios.combinadas.ServletCombinad
asTrx;jsessionid=767EC31F7A82C885D0063958CF8C6400
2.2.2.2 Precios del super fosfato triple (SFT)
El superfosfato triple (SFT) en enero del año 2006, tuvo un precio de
$212.575 por tonelada y terminó con un precio de $211.577. En el año
2007, los precios se incrementaron sostenidamente para llegar en
diciembre a un valor de $336.499 por tonelada.
El año 2008 tuvo las mayores alzas en sus precios, duplicándose con un
valor máximo en julio, con $729.538 la tonelada, sin embargo, durante el
año 2009 el precio bajó sostenidamente pasando de $656.223 a $236.851
35
en enero y noviembre, respectivamente. El promedio de precios del año
2010 fue de $289.829 por tonelada. La Figura 6, refleja las variaciones en
los precios de este fertilizante.
Figura 6. Precios del superfosfato triple, durante el período 2006-2010.
Fuente:www.odepa.gob.cl/servlet/sistemas.series_precios.combinadas.ServletCombinad
asTrx;jsessionid=767EC31F7A82C885D0063958CF8C6400.
Cada vez que se producen alzas de estos insumos, se generan efectos
en la producción agrícola especialmente en cultivos tradicionales como
trigo y maíz.
Por ello, las autoridades han apoyado a los productores agrícolas desde
hace años con programas tal como el “Programa de incentivos para la
recuperación de suelos degradados”, en donde el financiamiento alcanza
para menos fertilizantes, pues se mantiene un monto global, lo que ha
generado un aumento de la presión de los agricultores.
En Chile, uno de los aspectos más relevantes que restringe el uso de
lodos en suelos agrícolas, es la presencia de elementos traza metálicos.
Sin embargo, el país no restringe el uso de fertilizantes con presencia de
36
elementos traza metálicos ni tampoco exige un etiquetado detallado sobre
la composición química completa del fertilizante y no se ha dimensionado
el efecto en la salud humana ni en el medio ambiente en el largo plazo
(Villanueva, 2003).
Un aporte importante de cadmio en los suelos en Chile es a través del uso
de fertilizantes fosfatados derivados de roca fosfórica (Valenzuela, 2001).
37
CAPÍTULO 3. PLANTEAMIENTO METODOLÓGICO
3.1 MATERIALES
Las fuentes de información relevantes sobre aplicación de lodos utilizadas
en el presente estudio corresponden a las siguientes:
a) Estudio: “Valoración de lodos provenientes de PTAS como mejorador
de suelos degradados” realizado por el Servicio Agrícola y Ganadero
(SAG), a través de un convenio de colaboración técnica-financiera con
la empresa sanitaria Aguas Andinas S.A., durante el período 2001-
2004.
Este estudio experimental consideró aplicaciones con diferentes cargas
de lodos urbanos en suelos (tasas de 0, 30, 60 y 90 Mg ha-1 año) con
cultivos durante tres temporadas agrícolas (maíz, trigo, papa) en la
provincia de Melipilla, con el fin de determinar el efecto mejorador de los
lodos, en las propiedades físicas de los suelos y las implicancias respecto
de efectos en los rendimientos de los cultivos.
b) Estudio: “Valoración de lodos como fertilizante”, ejecutado por
González S., Tapia F., y Ruiz R., investigadores del Instituto de
Investigaciones Agropecuarias (INIA), en convenio con la empresa
sanitaria Aguas Andinas S.A., realizado durante el período 2001-2004
en la provincia de Maipo.
Este estudio contempló experiencias de campo en distintas áreas de la
RM, incorporando diferentes dosis de lodos y mezclas con fertilizantes
minerales (testigo, 100% lodo; 50% lodo + 50% fertilizante; 100%
fertilizante) para satisfacer total o parcialmente los requerimientos
nutricionales de los cultivos (trigo, avena, tomate, maíz, poroto verde),
para evaluar el efecto del lodo en la fenología de los cultivos, rendimiento,
38
incidencia de plagas y enfermedades, presencia de ETM en las
estructuras vegetales, en el suelo y sobre el balance nutricional del suelo.
También se evaluaron aplicaciones de lodos en especies frutales,
duraznero y uva de mesa.
c) Estudio: “Desarrollo de prácticas sustentables de reciclaje de
biosólidos en plantaciones forestales”, proyecto FONDEF DO1I1034,
ejecutado por la Universidad de Chile, Facultad de Ciencias Químicas
y Farmacéuticas y la Facultad de Ciencias Forestales, a cargo de los
investigadores Silvia María Aguilera S., y Manuel Rodríguez R.
En este estudio se realizaron una serie de evaluaciones de los lodos o
biosólidos (caracterización de la materia orgánica, contenido de carbono,
nitrógeno y fósforo, y elementos traza metálicos). Se realizaron
aplicaciones de biosólidos compostados y sin compostar en suelos
forestales de las regiones de Valparaíso, O`Higgins y Maule para evaluar
efectos en crecimiento en área basal, estado nutricional de las
plantaciones, presencia de metales pesados o elementos traza metálicos
en lodos, contaminación de aguas, actividad biológica y situación
nutricional de las hojas. Se determinó la superficie regional apta para
aplicaciones de lodos en el rubro forestal. Para efectos de esta tesis se
tomaron algunos resultados.
Se seleccionaron estas tres experiencias de campo porque se
desarrollaron por más de dos temporadas agrícolas, cuando el país recién
comenzaba a generar lodos y no existían aún antecedentes del
comportamiento de los lodos en los suelos en sitios específicos, ni de las
especies vegetales más aptas. Fueron las primeras investigaciones
nacionales en esta línea, lo que permitió la generación de los primeros
resultados acerca de los efectos del lodo en los componentes suelo,
agua, cultivos, especies frutales y forestales. Estos estudios se basaron
39
en el concepto del lodo como un insumo en el ámbito agrícola y forestal,
ya sea como un mejorador de suelos o un fertilizante.
d) Estudio: “Conformación de unidades espaciales en respuesta a la
aplicación de biosólidos en la Región Metropolitana”, proyecto
Fondecyt Nº1050726, elaborado por la Universidad de Chile, Facultad
de Arquitectura, Departamento de Geografía a cargo de la
investigadora, Sra. Carmen Paz Castro Correa, y donde la autora de
esta tesis fue co-investigadora.
Este estudio determinó a través de una metodología de modelamiento de
unidades homogéneas, la superficie apta para recibir lodos en la Región
Metropolitana, usando dentro de los requisitos, el borrador de proyecto de
reglamento (CONAMA, marzo 2001) y criterios geográficos de
sustentabilidad.
e) Información de las superficies censadas en la Región Metropolitana a
partir del VII Censo Agropecuario y Forestal (INE, 2007) y las bases
cartográficas del estudio agrológico CIREN CORFO (1996) para la
identificación de la superficie apta para la aplicación de lodos en
suelos de la provincia de Melipilla, RM. Se realizó una aplicación con
el software Arc view para la visualización cartográfica.
Tanto la información del censo, las bases cartográficas del estudio
agrológico CIREN CORFO (1996) y el proyecto Fondecyt Nº1050726
fueron utilizados para determinar la superficie potencialmente disponible
en la provincia de Melipilla-RM que puede ser apta para aplicaciones de
lodos, utilizando las restricciones y prohibiciones definidas en la normativa
vigente (D.S. Nº4/2009).
40
f) Revisión de literatura extranjera sobre uso de lodos en suelos
agrícolas. Los principales artículos seleccionados con resultados de
experiencias de terreno se indican a continuación:
− Glauser, R., Doner, H. E., Paul, E. A. 1988. Soil Aggregate Stability As
A Function Of Particle Size In Sludge-Treated Soils. Soil Science 146
(1):37-43.
− Hussein, A. H. A. 2009. Impact of sewage sludge as organic manure
on some soil properties, growth, yield and nutrient contents of
cucumber crop. Journal of Applied Sciences. 9(8):1401-1411 pp.
− Lindsay, B., and Logan, T. 1998. Field response of soil physical
properties to sewage sludge. Journal environment Quality (27): 534-
542.
− Munn, K., Evans, J. y Chalk, P. 2000. Mineralization of soil and
legume nitrogen in soils treated with metal contaminated sewage
sludge. Soil Biology and Biochemistry (32):2031-2043.
− Mosquera-Losada, M. R. Santiago-Friejanes, I. I., Fernández-Nuñez,
E., Rigueiro-Rodriguez, A. 2008. Effects of composted, pelletized and
anaerobically digested sewage sludge on pasture production after
sowing in a silvopastoral system. Biodiversity and animal feed: future
challenges for grassland production. Proceddings of the 22nd General
meeting of the European Grassland Federation Uppsala Sweden, 9-12
june 2008 (287-289).
− Singh R.P. y Agrawal M., 2007. Effects of sewage sludge amendment
on heavy metal accumulation and consequent responses of Beta
vulgaris plants. Chemosfere May; 76(11):2229-40.
− Tsadila, E., Tsadilas C., Stamatiadis, S., Christodoulakis, N., 2009.
Investigation of soil property changes and olive tree stress as caused
by excessive sewage-sludge application. Communications in Soils
Science and plant analysis, 40:514-525.
41
g) Revisión de la Normativa chilena (D.S.Nº4/2009) recientemente
promulgada y normas extranjeras, principalmente americana (CR
503/92) y europea (86/278/CEE), respecto de la clasificación y manejo
sanitario y de la aplicación de lodos al suelo. Se efectuó una
comparación de las normas respecto de criterios técnicos, requisitos
sanitarios y ambientales.
h) Base de datos de proyectos de plantas de tratamiento de aguas
servidas sometidos al Sistema de Evaluación de Impacto Ambiental
(SEIA-CONAMA), respecto de la generación de lodos, el destino final
de los lodos y de los seguimientos ambientales de aquellos proyectos
con planes de aplicación de lodos que operan actualmente en la
provincia de Melipilla.
i) Ficha de costos para la producción de una hectárea de maíz en la
zona central, según lo establecido por ODEPA (2009) para realizar un
ejercicio de costo de producir con fertilizante mineral y con lodos. El
maíz es uno de los cultivos más comúnmente utilizado en experiencias
de campo con aplicaciones de lodos, posee alta capacidad de
extracción de macronutrientes y no se han observado efectos
adversos al cultivo.
3.2 MÉTODOS
Los métodos que se han utilizado para cada uno de los objetivos
específicos indicados en el punto 1.4.2, son los siguientes:
a) Análisis descriptivo de los resultados de las investigaciones de
aplicación de lodos en agrosistemas durante tres temporadas en las
Provincias de Melipilla y Maipo, RM, obtenidos tanto en suelo como en
los cultivos. Además se identificaron impactos a los componentes del
agro sistema por aplicación de lodos. Los resultados de las
42
experiencias se contrastaron con otras investigaciones realizadas y con
la literatura internacional.
b) Análisis técnico-ambiental de la normativa vigente, específicamente
del D.S. Nº4/2009, respecto a las restricciones y requisitos de la
aplicación de lodos en agro sistemas, y comparación con la legislación
extranjera, principalmente americana y europea.
c) Método de Superposición en SIG/ArcView, de capas de información
de suelos proveniente del Estudio Agrológico de Suelos de la RM
(CIREN-CORFO, 1996), con el fin de cuantificar la superficie agrícola
apta para la aplicación de lodos en la provincia de Melipilla. Esto se
realizó con la herramienta de SIG a través del software ARC VIEW 9.2.
Lo anterior consideró las exigencias de la normativa vigente (D.S.
Nº4/2009), específicamente aspectos tales como: distancia a áreas
residenciales, viviendas individuales y fuentes de agua potable;
drenaje, materia orgánica, series de suelos, textura y clases de
capacidad de uso de los suelos; uso y cobertura vegetal; acuíferos
vulnerables y exigencias hidrológicas. Las capas de información
generadas fueron sometidas a través de un proceso de exclusión y de
superposición, adaptando diferentes escalas de trabajo que dieron
como resultado final, el área factible de recibir lodos.
d) Cálculo de los costos de producir una hectárea de maíz, para ello se
utilizaron como insumos, los fertilizantes minerales tradicionales, y
lodos. Se utilizó una ficha técnica de los costos de producción de una
hectárea de maíz (ODEPA, 2009), cultivo que ha sido probado en la
mayoría de los planes de manejo controlados que operan actualmente
y se han obtenido buenos resultados.
e) Se contó con la información respecto del alza de los precios de los
fertilizantes nitrogenados (urea) y fosfatados (superfosfato triple) en el
43
período 2006-2010 y se incluyeron valores de mercado estimativos,
respecto de los costos de transporte de lodo a relleno sanitario,
transporte a monorelleno y transporte a suelo agrícola, bajo las
restricciones que establece la normativa vigente.
f) Posterior al análisis de la normativa vigente y de su comparación con
otras normas, se han sugerido aspectos y criterios recomendables de
abordar en la norma, que permita salvaguardar la calidad ambiental de
los agrosistemas respecto de posibles efectos de aplicación de lodos.
44
CAPÍTULO 4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
4.1 EXPERIENCIAS DE USO DE LODOS EN SUELOS
Los resultados de las diferentes experiencias realizadas dan cuenta de los
efectos de las diferentes aplicaciones de lodos tratados en cultivos
anuales (maíz, trigo, avena) y especies frutales (vid, duraznero) en
diferentes áreas de la RM ejecutadas en el período 2001-2004, utilizando
diferentes diseños experimentales y con diferentes tasas de aplicación de
lodos (0-30-40-60 y 90 Mg ha-1 año), según el objetivo buscado
(lodo/biosólido como mejorador ó como fertilizante). Los estudios
ejecutados en la RM se encuentran disponibles en la Comisión Regional
del Medio Ambiente, RM.
Además se incorporó en este trabajo, experiencias de aplicación de lodos
en plantaciones forestales en las regiones de Valparaíso, O´Higgins y
Maule, disponibles en CONICYT.
4.1.1 Lodo como mejorador de suelos (Convenio SAG-A guas
Andinas)
El objetivo de esta investigación efectuada por el SAG fue evaluar el lodo
como un insumo mejorador del suelo. Dado que el lodo presenta alto
contenido de materia orgánica (45-51%) y la provincia de Melipilla
presenta un 36% de su superficie con algún grado de erosión (IREN,
1979), con suelos localizados en valles y zonas costeras de bajo potencial
productivo y bajo contenido de materia orgánica, asociados a una
producción altamente extractiva, el lodo podría mejorar las propiedades
físicas y químicas de los suelos.
Los suelos utilizados presentaron un manejo histórico deficiente y los
ensayos correspondieron a aplicaciones de 0 (T1), 30 (T2), 60 (T3) y 90
45
(T4) Mg ha-1 en base seca de lodos provenientes de la PTAS El Trebal,
durante tres temporadas agrícolas. Las altas dosis aplicadas tuvieron
como objetivo, obtener resultados en los suelos al corto plazo, dado que
para modificar alguna propiedad física del suelo, se requiere, varias
temporadas de evaluación.
El diseño experimental fue completamente aleatorio y la unidad
experimental comprendió parcelas de 625 m2, 12 unidades por predio,
cada tratamiento contó con tres repeticiones. Se utilizaron cultivos de
maíz, trigo y papa. El Cuadro 5 resume los antecedentes de los predios,
series de suelos, dosis aplicadas, número de temporadas con
aplicaciones de lodos y los cultivos.
Cuadro 5. Antecedentes de los ensayos realizados a través del
Convenio SAG- Aguas Andinas S.A. (2001-2004)
Predio Serie de
suelo Tasas aplicadas
(Mg ha -1año -1) Número de temporadas de aplicación de lodos
Cultivo
Nº 1 Piedmont Lo Vásquez (PLV)
0, 30, 60 y 90 Dos temporadas con lodos, en la tercera temporada se modificó el diseño
Maíz
Nº 2 Piedmont Lo Vásquez (PLV)
0, 30, 60 y 90 Tres temporadas con lodo Dos temporadas sin cultivo
Papa
Nº 3 Popeta (PPT) 0, 30, 60 y 90 Dos temporadas con lodo Trigo
Nº 5 Piedmont Lo Vásquez (PLV)
0, 30, 60 y 90 Tres temporadas con lodo Maíz
La aplicación de lodos en las parcelas experimentales fue acumulativa, se
repitió la dosis de cada tratamiento en cada temporada y se llegó a
aplicar: 0, 90, 180 y 270 Mg ha-1 de lodos en algunos suelos. Además de
la dosis de lodos, todos los tratamientos en cada temporada tuvieron una
fertilización mineral basal de nitrógeno, fósforo y potasio, que cubrió las
necesidades nutricionales de cada cultivo.
46
Resumen de los resultados del Convenio SAG- Aguas A ndinas S.A.
El estudio efectuado por SAG utilizó suelos correspondientes a sustratos
de origen aluvial, moderadamente profundos y profundos, que ocupaban
la posición de abanicos aluviales y terrazas aluviales en los sectores de la
Cordillera de la Costa. El Cuadro 6 señala las propiedades físicas y
químicas iniciales de los suelos, previo a las aplicaciones de lodos.
Cuadro 6. Propiedades físicas y químicas iniciales de algunos de los
suelos sometidos a la aplicación de lodos.
Propiedades físicas iniciales Unidad Predios
Nº1 Nº2 Nº5
Textura superficial FAa FAa Faf
Densidad aparente g cm-3 1,9 1,3 1,5
Capacidad retención agua a 33 kPa. % 18,9 16,7 30,9
Humedad aprovechable % 8,8 7,4 15,9
Capacidad retención agua a 1500 kPa. % 10,2 9,3 15,0
Propiedades químicas iniciales Unidad Nº1 Nº2 Nº5
Materia orgánica % 1,5 1,5 3,7
Conductividad eléctrica dS m-1 0,8 4,2 1,9
pH 8,4 8,4 8,7
Contenido total N mg kg-1 0,8 1,4 1,7
Contenido total P mg kg-1 s.i.(1) 1,2 0,7
CIC cmol(+) kg-1 26,4 19,3 36,7
As total mg kg-1 9,2 14,3 14,1
Cd total mg kg 0,3 0,3 0,1
Cu total mg kg 68,1 67,4 58,7
Hg total mg kg <0,5 0,3 0,4
Ni total mg kg 12,3 11,4 10,3
Pb total mg kg 13,2 12,3 12,8
Se total mg kg s.i. (1) s.i.(1) 0,5
Zn total mg kg 123,0 112,6 91,2
(1) s.i: Sin información
47
Según se señala en el Cuadro 6, dentro de las propiedades físicas
iniciales estos suelos presentaron texturas superficiales finas, una
densidad aparente en un rango de 1,5 a 1,9 g cm-3, valores considerados
medios a altos ya que según Thompson y Thoeh (2002), en general, los
horizontes superficiales en suelos minerales suele variar entre 1,0 a 1,6 g
cm-3. Los valores de porosidad del suelo se consideran en rangos de muy
bajos a medios (Casanova, et al., 2006).
De las propiedades químicas de interés se destaca el contenido de
materia orgánica, presente en un rango de 1,5 a 3,7%, que puede
considerarse en un rango deseable en los suelos del país (Casanova, et
al., 2006). Por su parte, los suelos presentaron una conductividad
eléctrica de ligera a moderada según la clasificación dada por Wild (1992)
y no salina a ligeramente salino según Schoeneberger (2002). El pH de
los suelos utilizados en los ensayos se encontró en el rango
moderadamente alcalino, en la Región Metropolitana es común encontrar
suelos con pH mayores a 7,8 (Sadsawka, 2006).
Respecto de la concentración total de ETM, los suelos estudiados
inicialmente presentaron contenidos de cobre total normal, que variaron
entre 58,7 a 68,1 mg kg-1, dado que Alloway (1995), señala que la
concentración de cobre total en el suelo puede variar en el rango de 2,0 a
100 mg kg-1. Por otra parte, González (1994) señala que en Chile, el
cobre es el elemento en mayor cantidad en los suelos, el que se extiende
desde la I Región hasta el Maule, concentrándose los mayores
yacimientos en la Cordillera de los Andes o en áreas precordilleranas.
El zinc total se constató en un rango de 91,2 a 123,0 mg kg-1, en los
suelos normales se pueden encontrar rangos de concentración de zinc
entre 10 y 300 mg kg-1 (Alloway, 1995), según esto las concentraciones
de zinc total encontradas no serían altas. Del Cuadro 6 se puede deducir
que los suelos presentaron un contenido normal de materia orgánica, pH
48
moderadamente alcalino, texturas finas, alta densidad aparente, y un
contenido de metales o elementos traza metálicos por debajo de lo
indicado en el proyecto de reglamento, con esas características estos
suelos fueron seleccionados para realizar las aplicaciones de lodos.
Las características de los lodos utilizados tanto para las experiencias de
SAG como de INIA son las mismas dado que se utilizaron lodos
provenientes del mismo monorelleno de la PTAS El Trebal. El Cuadro 7
señala las características químicas de los lodos utilizados para estas
aplicaciones.
Cuadro 7. Propiedades químicas iniciales de los lodos utilizados en las
aplicaciones, para los estudios del SAG e INIA.
Propiedades químicas iniciales Unidad Valores
mínimos máximos Materia orgánica % 41,4 45,0 Conductividad eléctrica dS m-1 4,8 15,2 pH 6,6 7,1 Contenido total N g kg-1 18,5 30,2 Contenido total P g kg-1 0,3, 1,7 As total mg kg-1 8,5 23,5 Cd total mg kg-1 1,0 4,9 Cu total mg kg-1 360,0 558,0 Hg total mg kg-1 1,0 3,3 Ni total mg kg-1 32,8. 80,5 Pb total mg kg-1 45,9 72,5 Se total mg kg-1 10,3 13,1 Zn total mg kg-1 1594 1984
Según Epstein (2002) las características de los lodos juegan un papel
muy importante para su uso en los suelos. El Cuadro 7 entrega
información de los diferentes componentes que aportó el lodo en las
experiencias realizadas (macronutrientes, micronutrientes, elementos
traza metálicos). Su alto contenido de materia orgánica lo hace
interesante como enmienda orgánica al suelo, no obstante, su alta
conductividad eléctrica en algunos casos (15,2 dS m-1), puede producir
efectos de salinización en el suelo.
49
Los contenidos totales de elementos traza metálicos son bajos al
compararlos con los valores máximos establecidos en la normativa
nacional. A continuación se presentan los resultados de las propiedades
físicas y químicas de los suelos, al final de la tercera temporada luego de
ser sometidos a las aplicaciones de lodos (Cuadro 8).
Cuadro 8. Propiedades físicas y químicas finales de los suelos después
de dos y tres temporadas de aplicaciones de lodos, para el estudio SAG (2001-2004).
Propiedades físicas finales Unidad Predios
Nº1 (1) Nº2 (2) Nº5 (2)
Textura superficial FAa FAa Faf
Densidad aparente g cm-3 1,5 1,8 1,4
Capacidad retención agua a 33 kPa. % 27 22 22,7
Humedad aprovechable % 12 13 12,8
Capacidad retención agua a 1500 kPa. % 13 8,8 11,0
Propiedades químicas finales Unidad Nº1 Nº2 Nº5
Materia orgánica % 3,7 3,8 4,5
Conductividad eléctrica dS m-1 3,5 6,5 7,7
pH 7,5 6,5 7,3
Contenido total N mg kg-1 2,3 0,3 3,7
Contenido total P mg kg-1 1,5 2,3 s.i.
CIC cmol(+) kg-1 28,1 69,7
As total mg kg 7,0 10,8 11,9
Cd total mg kg 1,6 0,5 0,8
Cu total mg kg 111 101 127,7
Hg total mg kg 0,6 s.i.(3) 0,4
Ni total mg kg 22 15,1 16,8
Pb total mg kg 17 17,8 22,9
Se total mg kg s.i. s.i. s.i.
Zn total mg kg 190 270 242,5
(1)= Dos temporadas de aplicación de lodos (cantidad acumulada de lodos por tratamiento: 0, 60, 120, 180 Mg ha-1), (2)= Tres temporadas de aplicación de lodos (cantidad acumulada de lodos por tratamiento: 0, 90, 180, 270 Mg ha-1), (3)= s.i.= Sin información
50
El estudio del SAG señala los efectos de la aplicación de lodos, la
comparación se realizó entre el tratamiento testigo (0 Mg ha -1) con las
diferentes tasas de aplicación de lodos (30, 60 y 90 Mg ha-1 año). La
aplicación de lodos generó efectos favorables en las propiedades físicas
en la mayor parte de los suelos con diferentes dosis de lodos, en algunos
casos los efectos se vieron con dosis de 30 Mg de lodos, en otros casos
con la dosis mayor. En la literatura se mencionan características
benéficas al suelo con la aplicación de lodos, se favorecen las
propiedades físicas intrínsecas tal como estructura, porosidad y capacidad
de retención de agua (Munn et al., 2000, Díaz Burgos, 1990).
En la investigación del SAG, una de las propiedades físicas del suelo que
se modificó fue la estabilidad de los agregados cuando se comparó el
tratamiento testigo con los demás tratamientos al final de la tercera
temporada, el efecto positivo de estabilidad se observó con las dosis más
altas. La capacidad de retención de agua a 33 kPa aumentó en casi todos
los predios, al igual que la humedad aprovechable.
Se concluyó que la aplicación de lodos en altas dosis (90 Mg) disminuye
la densidad aparente del suelo, en algunos suelos. Este resultado se
corrobora con lo indicado por Glauser et al., (1988), quienes al aplicar
lodos obtuvieron disminución en la densidad aparente, implicando un
incremento en la porosidad del suelo. Cuevas et al., (2006) indican que en
evaluaciones de la densidad aparente, ésta disminuye, ya que se generan
espacios dentro de la matriz del suelo por efecto de material orgánico
adicionado.
Los resultados del estudio SAG también se corroboran con el estudio de
INIA (2005), en donde las aplicaciones de lodo, en forma localizada al
suelo, mejoraron las propiedades físicas de los suelos, con evidencias de
incrementos en la retención hídrica y la macroporosidad, en el entorno de
la aplicación, lo que favoreció una mayor proliferación radicular. En ambas
51
investigaciones, a medida que aumentó la dosis aplicada de lodo, hubo
tendencias de aumento en los contenidos de la materia orgánica, en el
contenido de fósforo total y nitrógeno total, en la mayor parte de los
predios estudiados.
Estudios realizados por Álvarez (2004) y Pedreros (2006) corroboran lo
anterior, observando un aporte significativo de nitrógeno mineral y fósforo
disponible al incubar suelos con lodos en dosis de 30 Mg ha-1, lo que
confirma la rápida transformación y disponibilidad de estos nutrientes
esenciales.
Por otra parte, el estudio del SAG demostró que el pH de los suelos
disminuyó significativamente con el aumento de las dosis y que lo
contrario ocurrió con la salinidad de los suelos, que aumentó
significativamente en todas las localidades con dosis de 90 Mg ha-1.
Álvarez (2004) confirma que la conductividad eléctrica aumenta al aplicar
lodo, por lo que es importante analizar las dosis de lodo que se aplica y
limitar su uso en cultivos sensibles a la salinidad.
En cuanto a los cultivos analizados en el estudio del SAG, cabe señalar
que tanto el maíz como el trigo fueron resistentes a la salinidad del lodo,
sin presentarse efectos nocivos durante el período de experimentación.
Respecto a los contenidos de nitrógeno y fósforo en el suelo, experiencias
realizadas por Aguilera y Rodríguez (2005), en la determinación de tipos
de nitrógeno presentes en lodos, demostraron que un 45 a 59%
corresponde a una fracción soluble, dentro de ellas, el N-orgánico
hidrolizable, que constituye la fracción más disponible en la dinámica de
uso de nitrógeno aportado por los lodos. Algo similar ocurre con el fósforo
en cuanto a que la fracción soluble corresponde también a la fracción
orgánica hidrolizable.
52
La capacidad de intercambio catiónico aumentó significativamente en el
predio 5, mientras que en el resto de predios no hubo grandes
variaciones. La Universidad Autónoma de Madrid (1995), señala que
cuando el lodo actúa como un acondicionador del suelo, además de
favorecer la asimilación de nutrientes como el nitrógeno y fósforo,
aumenta la capacidad de intercambio catiónico (CIC) debido
fundamentalmente a su aporte de materia orgánica.
En cuanto al contenido total de elementos traza metálicos, se observó un
incremento para Cd, Cu, Ni, Pb y Zn en la mayoría de los suelos
evaluados, no obstante, en concentraciones bajas, en rangos que no
superan los límites definidos en la normativa. El contenido de elementos
traza metálicos y su efecto de acumulación tanto en los suelos como en
cultivos, es una de las mayores preocupaciones para el uso de los lodos
en el ámbito silvoagrícola y que ha sido ampliamente estudiada en otros
países. Maricán (2006) señala que la aplicación de biosólido al suelo en
dosis de 15 y 30 Mg ha-1 incrementa el contenido total de elementos traza
metálicos y es principalmente significativo para el cobre y zinc.
En uno de los ensayos desarrollados por el SAG se midieron efectos
incrementales de zinc en granos de trigo, y que se debió a la aplicación
de lodos con las dosis de 90 Mg ha -1año.
En la generalidad de los casos, el rendimiento de los cultivos no se afectó
por la tasa de lodo aplicada, considerando tasas de aplicación de 90 Mg
ha-1 año-1. A excepción del maíz, que aumentó en aquellas unidades
experimentales que tuvieron tres temporadas de aplicación en el mismo
sitio. Cuevas, et al., (2006) señalan que los lodos son aplicados en altas
cantidades al suelo intencionalmente para obtener respuestas sobre el
rendimiento de los cultivos y como enmiendas, para mejorar las
propiedades físicas del suelo, modificándolas.
53
La carga patogénica en los suelos también fue evaluada y los resultados
indicaron que luego de recibir las distintas dosis de lodos en todos los
tratamientos, hubo una baja población de bacterias (E. coli y salmonellas).
No se encontraron ovas de helmintos en el suelo en ningún tratamiento,
por cuanto el impacto en términos bacteriológicos, es bajo. Estudios
realizados por Castillo, et al., (2003) señalan que la aplicación de lodos en
el suelo aún a tasas superiores a las recomendadas, no presenta riesgos
sanitarios, de contaminación por elementos traza metálicos, ni efectos
ecotóxicos globales en el corto plazo.
Las experiencias realizadas por el SAG también contemplaron pruebas de
respiración de suelos para determinar la actividad microbiana, la que no
fue afectada con las dosis aplicadas. Respecto de la actividad microbiana
del suelo, Smith (2009), asevera que el zinc es un elemento en los lodos
de aguas residuales tratadas que en suelos agrícolas se identifica como la
principal preocupación en relación con los impactos potenciales sobre
esta actividad.
Según Hernández (2009), la actividad biológica de un suelo enmendado
con diferentes dosis de lodos (0, 30, 60 Mg ha-1) se ve influenciada por la
dosis de lodos aplicada, observándose que a mayores dosis aplicadas,
mayor es la biomasa del suelo.
El estudio SAG entregó antecedentes respecto del comportamiento de los
lodos en distintos suelos y cultivos, a diferentes dosis de aplicación de
lodos en el tiempo. Las propiedades físicas del suelo que se vieron
afectadas positivamente con aplicaciones de lodos fueron la capacidad de
retención de agua a 33 kPa y la estabilidad de agregados y otras que no
fueron afectadas como la textura, capacidad de retención de agua a 1500
kPa. También las propiedades químicas del suelo fueron modificadas en
la mayor parte de los suelos estudiados, a mayor dosis aplicada de lodos
(90 Mg ha-1 por temporada), se observó mayor contenido de materia
54
orgánica, de fósforo total y nitrógeno total, no obstante, aumentó el
contenido salino en el suelo y disminuyó el pH.
4.1.2. Lodo como fertilizante (Convenio INIA-Aguas Andinas)
El estudio “Valorización de lodos como fertilizante” de INIA que se
desarrolló durante el período 2001-2004, partió de la premisa de que los
lodos presentan macro y micronutrientes de importancia. Por lo tanto, el
lodo se evaluó como un insumo fertilizante para satisfacer total o
parcialmente los requerimientos nutricionales en diferentes cultivos
(tomate, trigo, poroto verde, maíz choclero y avena). Se evaluó el efecto
del lodo en la fenología de estos cultivos, rendimiento, incidencia de
plagas y enfermedades, presencia de ETM en las estructuras vegetales y
el balance nutricional del suelo. Se realizaron aplicaciones en especies
frutales (uva y duraznero). Los tratamientos se aplicaron sistemáticamente
durante tres temporadas.
Para las fertilizaciones de cada cultivo se aplicó una dosis basal
recomendada de nitrógeno y fósforo y se aplicaron cuatro tratamientos:
testigo (T), 100% lodos (L); 50% lodo+50% fertilizante (L+F); 100 %
fertilizante (F); con tres repeticiones cada tratamiento. En aquellas
parcelas con el tratamiento 100% lodos, se aplicó una dosis acumulada
de 40 Mg ha-1 de lodo. Los cultivos anteriormente señalados fueron
seleccionados según su demanda de nitrógeno.
Los frutales, duraznero y uva de mesa se evaluaron con tres y dos
temporadas de aplicación, respectivamente. Las dosis totales de lodo en
base seca, aplicadas según la demanda de nitrógeno fue de 21,1 Mg ha-1
para duraznero y 11 Mg ha-1 en uva de mesa, considerando los mismos
cuatro tratamientos que se indicaron para los cultivos (testigo (T), 100%
lodos (L); 50% lodo+50% fertilizante (L+F); 100 % fertilizante (F)). El lodo,
el primer año fue aplicado en una zanja vecina a los árboles, al año
55
siguiente en una zanja en la entre hilera y el tercer año se descartó la
zanja pero se hicieron hoyos cilíndricos para no perjudicar el
enraizamiento logrado en la entre hilera del año anterior.
Resumen de los resultados (Convenio INIA- Aguas And inas)
Del estudio de INIA se concluye que el lodo puede ser utilizado como un
insumo fertilizante. Los cultivos respondieron positivamente a las
diferentes dosis de aplicación de lodos, especialmente en relación al
aporte de dos de los nutrientes más importantes en cantidad para las
plantas, como son el nitrógeno y el fósforo. En el Cuadro 9 se entregan
resultados de los rendimientos obtenidos en los diferentes cultivos
analizados por el Estudio de INIA dentro de las temporadas de evaluación
2001-2004.
Cuadro 9. Rendimiento obtenido en trigo, tomate, avena y maíz
choclero (kg ha-1) del estudio INIA en tres temporadas.
Tratamiento Trigo (kg ha-1) Tomate (kg ha-1) Avena (kg ha-1) Maiz choclero (kg ha-1)
2001 2002 2001 2002 2002 2003 2001 2002 2003
Testigo 4.670 1.290 16.483 15.259 1.350 1.640 11.446 12.442 12.000
100%F 4.160 2.100 28.397 29.874 4.640 3.690 21.101 16.974 22.250
50%F-50%L 4.390 2.770 26.854 28.982 4.070 2.530 16.252 15.532 21.190
100%L 4.460 2.620 24.185 35.986 2.500 2.800 13.645 12.845 23.872
Fuente: Serie Actas INIA Nº27.
Del Cuadro 9 se obtiene que en el trigo no hay evidencia de un efecto
positivo en el rendimiento en la primera temporada. A partir de la segunda
temporada se aprecian efectos en todos los tratamientos. En tanto, en
tomate y avena, se observa un efecto similar ya que todos los
tratamientos que incluyeron la adición de algún tipo de fertilizante
superaron al testigo en ambas temporadas.
56
En el Cuadro 10 se presenta la respuesta de maíz choclero a los
tratamientos a través de las tres temporadas estudiadas, el que se
expresó en porcentaje en relación al tratamiento 100% fertilizante .
Cuadro 10. Tratamientos aplicados y rendimiento obtenido de maíz choclero, expresado en porcentaje en relación al tratamiento 100%F en el sector de Chada (2001 a 2003).
Tratamiento Rendimiento de Maíz choclero
(qq m-1)
2001 2002 2003
Testigo 54,2 73,3 53,9
100%F 100 100 100
50%F-50%L 77,0 91,5 95,2
100%L 64,7 75,7 107,3
Fuente: Serie Actas INIA Nº27.
Del Cuadro 10 se deduce que mientras el tratamiento 100% F alcanzó
una productividad equivalente al 100%, el testigo se mantuvo en un 60%.
Por su parte, el tratamiento 50%F-50% L, al primer año se ubica en un
nivel de productividad de un 80% respecto al 100% F, superando al
testigo en un 50%. Por lo tanto, se evidencia que al primer año el lodo
prácticamente no aporta al rendimiento del maíz, por tanto el N y el P
quedan en la fracción orgánica. En el segundo año, el tratamiento 50%L-
50%F logra un rendimiento equivalente a un 90% respecto del tratamiento
100%F, es decir que el 10% más, se debería al lodo. Esto indicaría que el
lodo comienza a liberar nutrientes en forma disponible para el cultivo al
segundo año.
Según González (2005), el lodo entrega los nutrientes en forma
absorbible por las raíces de los cultivos en forma lenta, ya que se requiere
un tiempo para que la microflora del suelo logre mineralizar la fracción
orgánica del lodo. Particularmente para el maíz choclero, luego de tres
temporadas consecutivas de aplicación de lodos, ya sea sólo o en mezcla,
57
se logra la entrega del nitrógeno contenido en forma disponible para este
cultivo.
Al tercer año de aplicación consecutiva de lodo es posible esperar un
aporte de un 100% de los fertilizantes nitrogenados y fosforados
aplicados, de acuerdo al requerimiento del cultivo, por lo tanto los
rendimientos se hacen interesantes luego del tercer año de aplicación de
lodos.
Las experiencias de campo señalan que en los primeros años, las
mezclas de lodos con fertilizantes minerales y las de fertilizantes
minerales puros, dan mejores resultados agronómicos debido
posiblemente a una satisfacción de las necesidades nutricionales de los
cultivos durante el período vegetativo; ello debido a la mayor solubilidad y
disponibilidad de los nutrientes mayores (N y P) aportados por los
fertilizantes minerales (González, 2005). En este sentido, Aguilar et al.,
(1999), señalan que la concentración de nitrógeno en la especie rye-grass
presenta una clara tendencia descendente a lo largo del tiempo, dando
una idea de que una parte del nitrógeno en los lodos es fácilmente
disponible para la planta.
En el Cuadro 11 se presentan algunos resultados obtenidos en forma
resumida del Estudio de INIA ejecutado durante las temporadas 2001-
2003.
58
Cuadro 11. Propiedades evaluadas en el suelo, en cultivos y frutales, luego de tres temporadas de aplicación de lodos (Estudio INIA).
Resultados Componente Efectos
Elementos traza metálicos
Suelo
C/efecto(*) (+) se incrementa el Cu y Zn en el caso de suelos con maíz y avena. S/efecto (&) (As, Cd, Hg, Mo, Ni y Pb)
Tejido Vegetal Duraznero
S/efecto, no hay evidencia de incremento de ETM en hojas, tallos ni granos. S/efecto (sin incremento en pulpa)
Producción de fruta
Duraznero S/efecto el primer año, no hay caída de rendimientos.
Uva de mesa S/efecto.
Peso Poda Duraznero y uva C/efecto (+) en todos los tratamientos respecto del testigo.
Análisis foliar
Duraznero C/efecto (+) se modificó en nivel de N con diferencias entre el tratamiento (F) y (L)
Uva de mesa C/efecto (+) se modificó en nivel de P con diferencias entre (F), (F+L) y (L).
Nivel de Clorofila Duraznero y Uva C/efecto (+) entre (F), (F+L) y (L).
Resultados Componente Efectos
Fertilidad de suelos
pH C/efecto (-) leve baja del pH (L).
CE S/efecto entre los tratamientos aplicados
MO C/efecto (+) se incrementa en tratamiento (L) y (F+L)
N disponible S/efecto entre los tratamientos aplicados
P disponible C/efecto (+) se incrementa en tratamiento (L) y (F+L)
Patógenos en el suelo
Ovas viables de Helmintos Coli fecales
Sin presencia en los suelos con y sin lodo Sin lodo (1,3-7,5), Con lodo (1,7-58)
(*) C/efecto = hay cambio significativo en el suelo tras tres temporadas de aplicación (&) S/efecto = no hay un cambio significativo, (+)= se incrementa el valor de la propiedad (-)=disminuye el valor de la propiedad
59
Cabe señalar que respecto del contenido total de elementos traza
metálicos en los lodos, la literatura es extensa en señalar que en la
utilización de los lodos se debe tener en cuenta este aporte, considerando
el cadmio, plomo, mercurio, y el talio debido a su incorporación a los
suelos e ingreso a la cadena trófica con el consecuente daño a la salud
humana y animal (Berti y Jacobs, 1998, Alloway, 1995, Mac Laughlin y
Singh, 1999).
El Cuadro 11 señala que el contenido total de elementos traza metálicos
en el tejido vegetal de trigo, poroto verde, tomate, avena y maíz choclero
después de las tres temporadas de aplicación de lodos, no evidenció
movilidad de elementos traza metálicos hacia las estructuras vegetales
tales como hojas, tallos, y estructuras comestibles (Tapia, 2005).
Según Carrasco, et al., (2008), los micronutrientes Zn y Mn evaluados a
partir de experiencias en laboratorio, indican un aumento del riesgo de
movilidad hacia hojas de lechuga y ballica, mientras que Cu y Fe
presentan menor nivel de riesgo, ya que se concentran principalmente en
las raíces de dichas especies.
Otro ensayo determinó a través de metodologías de extracción
secuencial, la distribución de Cu y Zn en los distintos componentes de
suelos agrícolas, pertenecientes a suelos de las Regiones L. B. O´higgins
y Región Metropolitana, los que fueron tratados con un biosólido en una
dosis de 0 y 30 Mg ha-1. Los suelos fueron cultivados en invernadero con
plantas de ballica (Loliun perenne cv nui) y trébol subterráneo (cv
Trikkala). La aplicación del biosólido incrementó el contenido total de
ambos elementos traza metálicos, observándose un aumento de las
formas lábiles tanto de Cu como de Zn. La absorción de ambos metales
fue mayor en el trébol que en la ballica (Ahumada, et al., 2004).
60
Otra investigación en la misma línea efectuada en laboratorio, en macetas
con trébol subterráneo y aplicaciones de lodos de 30 Mg ha-1 en suelos
del secano costero de la cordillera de la Región del L.B. O´Higgins, da
cuenta de un incremento significativo de las concentraciones de Ni, Cu,
Mg y Zn en la materia seca aérea, mientras que el Mn, Zn, Cd y Cu
tienden a moverse a la parte aérea, Fe y Ti se concentran en la raíz, pese
a ello, el trébol subterráneo responde positivamente a la aplicación de
lodo y no se vería afectado por los elementos traza metálicos. El estudio
concluye que el trébol responde positivamente a aplicaciones de lodo, sin
embargo, sucesivas aplicaciones de lodos podrían incrementar las
concentraciones de Cd, Cu Mn y Zn, en el tejido vegetal a niveles no
deseables en un sistema sustentable (Carrasco, et al., 2008).
Por otra parte, Hussein (2009), realizó ensayos con dos tipos de suelos
(arenoso y calcáreo) bajo condiciones de invernadero con dosis de 0
(control), 25, 50, 75, 100 y 125 Mg ha-1, para determinar los efectos de las
diferentes dosis de lodos sobre crecimiento, rendimiento y estado de
nutrición de hojas y frutos de pepino. Los resultados arrojaron un
mejoramiento de los contenidos de macro y microelementos en hojas y
frutos en suelos arenosos y calcáreos. Además, se incrementó el número
de frutos y rendimiento de pepino con el aumento de las dosis de
aplicación de lodos. El nivel más alto de aplicación de los lodos tiene un
mayor efecto sobre el rendimiento de las plantas de pepino.
González (2005) señala que el lodo aporta prácticamente, la totalidad de
los nutrientes que requieren los cultivos, pero también incluye otros
macro-nutrientes (S, Ca, Mg, Na) y la totalidad de los micronutrientes (B,
Cu, Fe, Mn, Mo, Zn), aunque no necesariamente balanceados según las
demandas vegetales, lo que podría alcanzarse al constituir mezclas con
productos minerales específicos.
61
Utria, et al., (2008), señalan que aplicaciones de lodos o biosólidos al
suelo aumentan el contenido de materia orgánica, el fósforo asimilable y
calcio cambiable, aspecto que se refleja positivamente en la producción
por planta, la cual es superior a la obtenida con la aplicación de fertilizante
mineral.
Andrade et al., (2000) compararon el efecto de la aplicación de 5, 10, 20,
40 toneladas de lodo en base seca por hectárea y de un fertilizante
inorgánico, más un testigo sin aplicaciones, sobre la concentración de N
en el tiempo, encontrando que al final de la temporada del cultivo de maíz,
el suelo que recibió lodos contenía mayor concentración de N total
respecto al testigo y al fertilizado inorgánicamente. Estos autores señalan
que hay una menor pérdida del N y P debido a que estos elementos se
encuentran ligados a la fracción orgánica en el lodo, por lo tanto, la
mineralización de esta fracción permite un aporte gradual a los cultivos y
así se evitan pérdidas por lixiviación que normalmente ocurren con la
aplicación de fertilizantes inorgánicos. En cuanto al P, estos autores
señalan que presenta un comportamiento similar al N en el tiempo. Estas
conclusiones corroboran lo obtenido en los ensayos de INIA.
En relación a las especies frutales evaluadas en el estudio de INIA, Ruiz
(2005), señala que el rendimiento en duraznero y uva de mesa, no fue
afectado con las dosis aplicadas (21,1 y 11 Mg ha-1 de lodos,
respectivamente) y en general no se observaron efectos perjudiciales, ni
incrementos en la concentración total de elementos traza metálicos en la
pulpa de durazno.
Experiencias acerca del impacto de una sola aplicación de 300 Mg ha-1 en
suelos en Grecia Central, evaluados química e isotópicamente, en huertos
de olivos, dan cuenta de que después de varios años al comparar áreas
enmendadas con lodos y no enmendadas, los resultados arrojaron que en
los suelos tratados con lodos se incrementó el contenido total de
62
elementos traza metálicos en la superficie del suelo y en la zona de las
raíces del perfil (Tsadila et al., 2009).
Respecto de la carga patogénica los valores encontrados en los suelos
con aplicación de lodos se detectan en un número muy por debajo de lo
establecido en la normativa, por lo que se deduce que no se presenta
riesgo para la salud humana (INIA, 2005).
Los resultados del estudio abordado por INIA utilizando el lodo como un
insumo fertilizante, mostraron que el lodo logra entregar nutrientes a las
especies vegetales con dosis de 40 Mg ha-1 luego de tres temporadas,
pero también se detectan incrementos de cobre y zinc en los suelos por
estas aplicaciones.
4.1.3. Lodo en plantaciones forestales (Universidad de Chile-FONDEF
DO1I1034)
Para efectos de esta tesis se han considerado algunos de los resultados
del proyecto Fondef N°DO1I1034 “Desarrollo de práct icas de reciclaje de
biosólidos en plantaciones forestales”, que fue realizado por las
Facultades de Ciencias Químicas y Farmacéuticas y de Ciencias
Forestales de la Universidad de Chile, en el año 2005. Este proyecto tuvo
por objetivo la caracterización de lodos de diferentes PTAS en tres
regiones del país (Valparaíso, L.B. O´Higgins y Maule) y se evaluó el lodo
como una enmienda forestal. Además se realizaron ensayos en
plantaciones forestales jóvenes y adultas de Pino radiata en las regiones
de L.B. O´Higgins y Maule y en plantaciones de Eucaliptos globulus en la
región de Valparaíso.
Se realizaron análisis de lodos respecto del aporte de nutrientes, del
contenido total de elementos traza metálicos presentes en los lodos, en el
suelo, del tejido foliar y de aguas superficiales. Adicionalmente se
63
identificaron áreas potenciales para aplicación de lodos en estas tres
regiones. El Cuadro 12 entrega algunos antecedentes acerca de las
aplicaciones.
Cuadro 12. Antecedentes del estudio de la Universidad de Chile
Proyecto FONDEF DO1I1034.
T1= testigo sin lodo; T2= lodo sin compostar equivalente a 400 kg N seco/ha; T3= lodo sin compostar equivalente a 800 kg N seco/ha; T4= lodo compostado equivalente a 400 kg N seco/ha; T5= lodo compostado equivalente a 800 kg N seco/ha).
Resumen de los resultados (Universidad de Chile-FON DEF DO1I1034)
Este estudio efectuó una caracterización de los lodos de PTAS de
diferentes ciudades encontrándose variaciones en los contenidos totales
de metales en los lodos de todas las PTAS, una de las razones de tal
heterogeneidad correspondió a los procesos de tratamiento al que han
sido sometidos los lodos, ya que algunos provenían de digestores, otros
de sedimentadores secundarios y otros de lagunas de decantación
(Apéndice II, Cuadro I).
Se seleccionaron lodos, los que fueron compostados, en el Cuadro 13 se
indican algunas propiedades evaluadas de lodos sin compostar y lodos
compostados de algunas PTAS de regiones.
Región Predio Plantación forestal Tratamientos
Rodal joven Rodal adulto Valparaíso Jaururo Eucaliptos globulus
(Rodal adulto) T1; T2, T3
L.B. O´Higgins
Tanumé Pino radiata (Rodal joven y rodal adulto
T1; T2, T3, T4,T5 T1; T2, T3
Maule San Pedro Pino radiata (Rodal joven y rodal adulto
T1; T2, T3, T4,T5 T1; T2, T3
64
Cuadro 13. Propiedades de los lodos compostados y sin compostar provenientes de tres regiones (Valparaíso, O`Higgins y Maule).
Fuente: Proyecto FONDEF D01I1034 (2005).
El estudio señaló que el pH de lodos con y sin compostaje fue adecuado
para ser utilizado en los suelos, ligeramente ácido en lodos sin
compostaje y neutros en el caso de lodos compostados. En cuanto a la
evaluación del contenido de carbono total, éste fue cercano al 30% para
ambos tipos de lodos, mientras que el contenido de nitrógeno total fluctuó
entre un 5,2 y 6,1% en los lodos sin compostaje, valores que dan cuenta
de un buen aporte de N y en los lodos compostados varió entre 1,5 y
2,4% (Aguilera y Rodríguez, 2005) indicando una pérdida importante de
nitrógeno.
La relación C/N en los lodos sin compostaje es del orden de 6 y en lodos
compostados esta relación es de 15 y 16, valor que implica un producto
más estable.
En el Cuadro 14 se presenta el análisis de nitrógeno en los lodos, en sus
diferentes formas. El nitrógeno en los lodos compostados disminuye a
menos de la mitad del contenido en los lodos sin compostar, esto dado
por la dilución en el proceso, sin embargo, la cantidad de N estable
aumenta lo que asegura una mayor permanencia en el suelo,
prolongando su biodisponibilidad (Aguilera y Rodríguez, 2005)
Propiedad
Lodos sin compostar Lodos compostados Región Valparaíso
Región O´Higgins
Región Maule
Región Valparaíso
Región O´Higgins
Región Maule
pH 5,6 5,2 5,6 7,8 6,1 5,3 C total (%) 31,3 39,2 36,5 36,0 31,0 23,7 N total (%) 5,2 5,9 6,1 2,4 2,0 1,5 C/N 6,0 6,6 6,0 15,0 15,0 16,0
65
Cuadro 14. Distribución de nitrógeno de los lodos compostados y sin compostar (g N/100 g suelo).
Fuente: Proyecto FONDEF D01I1034 (2005), N-hum=Nitrógeno-huminas, N-HA= Nitrógeno-ácidos húmicos, N-FA= Nitrógeno-ácidos fúlvicos, N-NO3
-= Nitrógeno-nitrato, N-NH4
+= Nitrógeno-amonio, N-sol= Nitrógeno soluble.
El Cuadro 14 presenta la distribución de nitrógeno en lodos compostados
y sin compostar de diferentes regiones, estos datos dan cuenta de la
disponibilidad de este nutriente y de su calidad como aporte en el suelo.
Las fracciones estables de nitrógeno correspondieron aproximadamente
al 50% en los dos tipos de lodos.
Algunos estudios han demostrado que la materia orgánica presente en los
lodos juega un rol fundamental en la movilidad de los ETM, ya que los
compuestos orgánicos estables como los ácidos húmicos pueden formar
quelatos, dejándolos en formas no disponibles, disminuyendo la toxicidad
a las plantas (Alloway, 1995; Chicón, 2000).
En cuanto al acondicionamiento de los suelos con lodos con y sin
compostar, en el Cuadro 15 se presentan algunas propiedades químicas.
Propiedad
Lodo sin compostar (g N/100 g suelo). Lodo composta do (g N/100 g suelo).
Región Valparaíso O´Higgins Maule
Región Valparaíso O´Higgins Maule
N total (%) 5,2 5,9 6,1 2,4 2,0 1,5 N-hum 1,856 1,458 1,618 0,635 0,608 0,427 N-HA 0,033 0,613 0,274 0,224 0,385 0,288 N-FA 0,39 0,39 0,7 0,35 0,12 0,05 N-NO3
- 0,0006 0,0003 0,0005 0,0009 0,0149 0,0288 N-NH4
+ 0,35 0,42 0,54 0,09 0,19 0,0003 N estable (%) 50 48,8 51,3 54,6 64,7 54,3 N-sol 2,6 3,0 2,97 1,09 0,72 0,67
66
Cuadro 15. Algunas propiedades químicas de los suelos con lodos con y sin compostaje
Fuente: Proyecto FONDEF D01I1034 (2005)
Se apreciaron incrementos en los contenidos de materia orgánica y
nitrógeno total del suelo. El aporte inicial de materia orgánica de lodos
compostados en los suelos fue mayor que el de lodos sin compostar.
Prácticamente no hubo efecto en el pH ni en la conductividad eléctrica,
estos tratamientos presentaron características similares a los suelos
testigos (Aguilera y Rodríguez, 2005).
Los lodos con y sin compostar aumentaron la cantidad de nitrógeno
mineral de los suelos, sin embargo, la mayor rapidez con que se
mineraliza el nitrógeno de suelos acondicionados con lodos frescos,
implicaría una mayor preocupación por establecer límites idóneos para el
acondicionamiento de distintos tipos de suelos, con el objeto de prevenir
el riesgo de lixiviación de nitratos a las napas freáticas en los suelos
enmendados (Aguilera y Rodríguez, 2005).
En este estudio se aplicó lodos en plantaciones forestales y de acuerdo a
lo señalado en el Cuadro 16, en el predio Tanumé (Región del L.B.
O´Higgins), no hubo evidencias positivas en el crecimiento de los árboles
transcurrido el período de evaluación. A diferencia del predio San Pedro
(Región del Maule), que respondió significativamente a la aplicación de
lodos y las plantaciones jóvenes tuvieron un incremento en el área basal.
Propiedad Unidad Suelo inicial Suelo con lodos sin
compostar Suelos con lodos
compostados
Región O´Higgins Maule
Región O´Higgins Maule
Región O´Higgins Maule
MO g kg-1 52,0 126,0 54,5 127,5 57,9 136,2 N total g kg-1 2,0 2,0 2,3 2,4 2,1 2,1 C/N 15,1 36,7 13,7 30,8 16,0 37,6 pH 6,0 6,1 5,6 6,4 5,8 6,4 CE dS m-1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1
67
Cuadro 16.Crecimiento medio en área basal por predio, rodal y tratamientos (período 2002-2005)
Predio Rodal T1(1) T2(2) T3(3) T4(4) T5(5)
(m2 ha-1)
Tanumé Jóven 19.681 18.566 20.808 19.949 18.511 Adulto 11.321 9.821 9.964 s.i.(6) s.i
San Pedro Jóven 15.471 18.545 17.102 14.606 15.301
Adulto 7.538 8.348 9.665 s.i. s.i. Jaururo -1.568 -1.134 -0.140 s.i. s.i.
Fuente: Proyecto FONDEF D01I1034 (2005) (1)=T1: Testigo sin lodo; (2)=T2: Lodo sin compostar equivalente a 400 kg N seco/ha; (3)=T3: Lodo sin compostar equivalente a 800 kg N seco/ha; (4)=T4: Lodo compostado equivalente a 400 kg N seco/ha; (5)=T5: Lodo compostado equivalente a 800 kg N seco/ha). (6)= s.i: Sin información Por su parte el predio Jaururo, presentó valores negativos de incremento
del área basal, tal situación no tuvo relación con la aplicación de lodos
sino por un caso de estrés hídrico de la plantación junto con un ataque de
plaga. Respecto de las evaluaciones de posible contaminación de aguas
subterráneas por aplicación de lodos en los predios forestales, los datos
arrojaron que las concentraciones totales de Cd, Fe, Zn, Ni, Mn, Pb, Cu
fueron bajas, por cuanto no hubo riesgos de contaminación.
Este estudio determinó que existen a lo menos 298.347 ha
potencialmente aptas o muy aptas para la utilización de lodos en suelos
forestales en estas regiones.
4.1.4. Discusión sobre las experiencias de uso de l odos en suelos
Conforme a los estudios realizados y antecedentes expuestos, el lodo en
las distintas experiencias de evaluación ha sido utilizado como un recurso
mejorador y como un fertilizante. Se comprueba a través de los estudios
del SAG que posee propiedades de mejorador de suelos, dado su
contenido de materia orgánica y según el estudio de INIA presenta
68
propiedades fertilizantes ya que en su composición aporta diversos
nutrientes, esto se corrobora con los incrementos en los contenidos de
nitrógeno en el estudio de la Universidad de Chile.
Los estudios analizados (SAG, INIA, Universidad de Chile) han
demostrado la factibilidad del uso de los lodos y los resultados apuntan a
su utilización en la agricultura y silvicultura, no obstante, con restricciones
dadas la presencia de elementos traza metálicos y su carga patogénica.
En países desarrollados, los lodos se han utilizado desde hace muchos
años y han sido ampliamente estudiados, existiendo un vasto
conocimiento de sus ventajas y desventajas. En Chile, si bien se producen
lodos sólo desde hace una década, se ha generado evidencia científica a
través de evaluaciones de campo y de laboratorio que han permitido
conocer acerca de su comportamiento; se han realizado aplicaciones en
el ámbito agrícola y forestal, en forma controlada y bajo supervisión de las
autoridades en distintas zonas de la Región Metropolitana y también en
otras regiones del país.
Las experiencias analizadas demuestran que los lodos pueden otorgar
beneficios a los componentes del agrosistema, como mejorador de
suelos, los efectos más evidentes y positivos se advierten particularmente
en el mejoramiento de la estabilidad de agregados, el aumento de la
capacidad de retención de agua a 33 kPa y la disminución de la densidad
aparente a lo largo de las tres temporadas de aplicación y con altas dosis
de lodos. Todos estos resultados se han corroborado con la literatura.
En cuanto a los cambios observados en las propiedades químicas en los
suelos se observó un mayor contenido de materia orgánica, de fósforo
total y de nitrógeno total, lo que produciría un mejoramiento de la fertilidad
de estos suelos. No obstante, disminuye el pH de los suelos y aumenta la
salinidad en todas las localidades.
69
El lodo como un aporte de nutrientes según las experiencias efectuadas
por INIA evidencian resultados positivos ya que el lodo entrega
prácticamente todos los nutrientes que requieren los cultivos, incluyendo
macro-nutrientes tales como S, Ca, Mg, Na y la totalidad de los
micronutrientes (B, Cu, Fe, Mn, Mo, Zn), aunque no necesariamente
balanceados según las demandas vegetales. Los nutrientes son
aportados en formas absorbibles por las raíces de los cultivos. Dicha
entrega se realiza en forma rápida al comienzo (fracción mineral) y luego
lentamente dado que debe producirse una mineralización previa de la
fracción orgánica del lodo.
De las experiencias de INIA, se demuestra también que aplicaciones que
consideran el uso de lodo y fertilizante a la vez tienen mejores resultados
agronómicos, en la etapa inicial del cultivo, supuestamente porque hay
una satisfacción de las necesidades nutricionales durante el período
vegetativo, y esto debido a la mayor solubilidad y disponibilidad de los
macronutrientes aportados por los fertilizantes minerales.
Si bien, los lodos aportan ETM al suelo en cantidades muy variables, la
acumulación que se produce en los suelos, sólo en algunos casos reporta
absorción de elementos traza metálicos, tal como la presencia de zinc en
granos de maíz, no obstante, en otros órganos reproductivos como granos
de avena, trigo y frutos de tomate no se detectan metales.
En el ámbito forestal las aplicaciones de lodos analizadas en las dosis
indicadas, (T1= testigo sin lodo; T2= lodo sin compostar equivalente a 400
kg N seco ha-1; T3= lodo sin compostar equivalente a 800 kg N seco ha-1,
T4= lodo compostado equivalente a 400 kg N seco ha-1; T5= lodo
compostado equivalente a 800 kg N seco ha-1), no revisten riesgos a la
salud humana dado que los bosques no entran en el ciclo trófico de los
seres vivos.
70
4.2 PLANES DE APLICACIÓN DE LODOS EN SUELOS DE LA
PROVINCIA DE MELIPILLA RM
Las experiencias de aplicación de lodos en suelos agrícolas analizadas en
esta tesis, abarcaron parte del período 2006-2009. El proyecto
”Optimización y mejoramiento en la gestión de la PTAS El Trebal”,
calificado ambientalmente según la RCA Nº 659/2007, y la RCA Nº
130/2006 que aprobó el Plan de manejo de lodos de la PTAS La Farfana,
incorporaron otras alternativas de gestión del lodo, tal como; el secado
biológico5, el reuso o disposición final de lodos de la PTAS considerando
actividades silvo-agropecuarias, compostaje, recuperación de pasivos de
la minería, planes de cierre de rellenos sanitarios, valorización térmica,
disposición final en rellenos sanitarios y otras experiencias de
investigación, todo esto previo a la oficialización de la normativa actual.
Cada plan de aplicación de lodos ejecutado en la provincia indicó
previamente la aptitud de cada suelo a través de estudios agrológicos
detallados. Se realizaron muestreos iniciales de los suelos para la
determinación de los contenidos totales de ETM, según lo dispuesto en
las RCAs señaladas anteriormente.
La ejecución de los planes pilotos de aplicación de lodo, se realizaron a
diferentes escalas, tanto en el ámbito agrícola como forestal,
principalmente en diferentes zonas de la provincia de Melipilla, detalle que
se indica en el Cuadro 17.
5Secado biológico= proceso de secado que se ha utilizado en la planta de tratamiento de aguas servidas de El Trebal para reducir el contenido de humedad de los lodos que salen del sistema de centrifugado. Se utilizan residuos vegetales, los que actúan como un material absorbente de la humedad del lodo.
71
Cuadro 17. Planes de aplicación de lodos en las provincias de Melipilla, Chacabuco y experiencias en bosques de Eucaliptus. Año de aplicación Provincia/
localidad Sector Pred io Superficie
(ha) Cultivo Dosis lodo
Mg ha-1 (M.S.) Septiembre a Octubre 2006
Melipilla/ Codigua Fdo. Las Lomas Don Sergio El Bosque 6,0 Pradera ballica
10,9
Las abejas 6,8 Maíz silo
Los carolinos 9,6 Maíz silo
Melipilla/Sn Pedro Hijuela Nº 2 Fundo Las Arañas
Pivote 20,6 Maíz grano 10,8
Melipilla/Codigua San Rafael de Codigua Potrero 1 10,0 Maíz grano 12
Abril a Mayo 2007 Parcela Nº 18, Los Guindos Potreo 1 21,7 pradera 5
Potrero 2 10,2 trigo 22,6
Melipilla Hijuela Nº 3 Lote B Fundo San Diego
Potrero La Cruz 41,7 Pradera 10,6
Hijuela Nº 2 Fundo Las Arañas Potrero Avena 30,6 Avena 10,5
Agosto 2007 a Mayo 2008
Melipilla Fdo. Las Lomas Don Sergio Bodega 6,0 Maíz 13,3
Desague 10,8 Maíz 21,1
Carolinos Norte 5,0 Maíz 46,8
Fdo. Sta. Rosa Huechún Habas 13,2 Maíz 30
Diciembre 2007 Melipilla Fundo Buraleo El Morado 7,6 Pradera 1,8
El avellano 10,7 Pradera
Los corrales 1,9 Pradera
El Pascual 2,7 Pradera
Parcela El Fundito Potrero 1 5,3 Pradera 17,9
72
Cuadro 17. Continuación Año de aplicación Provincia/
localidad Sector Predio Superficie
(ha) Cultivo Dosis lodo
Mg ha-1 (M.S.) Diciembre 2007 Chacabuco Fundo El Rutal T2 y T3 2,5 Pradera 26,5
Melipilla Lote 1 Hijuela Las Encinas Limones 13,2 Barbecho 30,4
Melipilla Parcela Nº 18 Los Guindos Potrero 2 10,2 Trigo 29,0
Melipilla Parcela Nº 10 Los Guindos Potrero 4 8,4 Trigo 26,1
Potrero 5 9,0 Trigo 27,4
Melipilla/Codigua Fundo Lomas Don Sergio Las Abejas 6,8 Avena 29,8
Los Carolinos 9,6 Avena
El Bosque 6,0 Maíz Silo 33,6
Melipilla/San Pedro
Fundo Las Peñuelas Las Peñuelas 21 Eucapiltus
Melipilla/San Pedro
Fundo El Patagual El Patagual 23 Eucaliptus
Agosto 2008 a Enero 2009
Melipilla/Codigua Fundo Santa Marta Potrero 2 3,5 Maíz 43,9
Potrero 3 4,4 Maíz
Potrero 4 1,9 Maíz
Fundo Ostolazas El bajo 18,1 Maíz 31,6
El Molle 26,3 Maíz 37,2
Melipilla/Codigua Parcela San Rafael de Codigua Potrero 1 10,0 Maíz 33,2
Melipilla/San Pedro
Fundo Santa Tatiana Potreros 1,2, 3. 17,5 Maíz 35,2
Melipilla/San Pedro
Parcela 6 El Cardal Potrero 1 12,5 Pradera 34,4
Lote 3 Huechún Alto Potrero Corral 7,9 Pradera 31,8
Fundo Buraleo Potrero 1 8,6 Pradera 46,1
Potrero 1 y 2 12,3 Pradera 50
Fuente: Seguimiento ambiental de planes de aplicación de lodos en la RM. La M.S. de lodos considera un 25% de sólidos totales.
73
Del Cuadro 17, cabe destacar que del total de 39 planes de aplicación de
lodos ejecutados durante dicho período, el cultivo de maíz se estableció en el
41% de los planes, otro 33% de los planes consideró uso de lodos en
praderas, un 10% se aplicó en trigo, un 8% se destinó a la avena, un 3% se
usó en suelos en barbecho y un 5% de los planes se ha utilizado en el rubro
forestal con bosques de eucaliptus. Las tasas máximas de aplicación variaron
entre 30-50 Mg ha-1 de lodo en base a materia seca.
4.2.1 Caracterización del suelo como receptor de lo dos
Actualmente, no se cuenta con un catastro a nivel nacional o regional de la
caracterización química de los suelos en términos de contenido total de
elementos traza metálicos, sólo existen estudios puntuales.
Una fuente de información que se ha generado en este contexto, ha sido el
monitoreo del contenido total de elementos traza metálicos de aquellos suelos
que han tenido más de una temporada de aplicación de lodos.
El Cuadro 18 presenta un resumen de las propiedades químicas de algunos
suelos de la provincia de Melipilla que han sido muestreados para determinar
si cumplen o no con los requisitos exigidos en la normativa para ser
receptores de lodos, en cuanto a sus características químicas relacionadas
con pH, CE, MO, NPK totales y la concentración de elementos traza
metálicos.
Los suelos han sido descritos taxonómicamente, caracterizados, además se
han asociado a las series de suelos existentes en esas áreas y se entrega
información respecto del número de muestras, las que fueron caracterizadas.
74
Cuadro 18. Propiedades químicas de los suelos utilizados para aplicaciones de lodos en la provincia de Melipilla
Taxonomía
Serie asociada
Nº Muestras
Andisoles con Hardpan Si
AHE+PUD
15
Mollisoles aluviales
CDG+HCH+PMR
31
Alfisoles coluviales
LVZ+QLM
7
Propiedad Unidad Valor Valor Valor
Min Máx Min Máx Min Máx
pH 6,90 7,80 7,60 8,40 7,00 7,60
CE dS m-1 1,00 4,53 0,56 5,10 0,46 3,86
MO % 3,10 7,80 1,60 4,60 1,50 3,10
N total % 0,15 0,70 0,08 0,43 0,09 0,18
P total g kg-1 0,31 1,39 0,59 1,32 0,48 0,78
As total mg kg-1 2,710 5,26 6,38 28,40 2,77 6,89
Cd total mg kg-1 <0,25 <0,25 <0,25 0,37 <0,25 <0,25
Cu total mg kg-1 15,90 67,50 33,30 76,90 30,60 92,70
Hg total mg kg-1 <0,05 <0,05 <0,05 0,10 <0,05 0,09
Ni total mg kg-1 <3,50 11,50 6,68 38,06 3,57 8,62
Pb total mg kg-1 8,10 13,10 8,90 24,10 3,40 12,30
Se total mg kg-1 <0,15 0,29 <0,15 0,35 <0,15 0,22
Zn total mg kg-1 34,70 90,00 52,50 182,00 37,00 67,60
Fuente: Información de planes de aplicación de lodos presentados por Aguas Andinas a la autoridad ambiental.
Si bien, estas características químicas no son representativas de los suelos
de toda la provincia de Melipilla, los muestreos fueron efectuados en
diferentes sectores de la misma y proporcionan por lo tanto, una tendencia
general de las características de los suelos de la zona.
Comparando los resultados de los muestreos de suelos con el Decreto
Supremo Nº 4/2009, se puede deducir lo siguiente:
75
− Los suelos presentan pH mayores a 6,5 por lo cual aplicarían las
concentraciones máximas menos exigentes para los elementos traza
metálicos en los suelos (Apéndice III, D.S. Nº 4/2009).
− Si bien, algunos suelos Andisoles y Mollisoles presentan valores de
conductividad eléctrica superior a 4 dSm-1, que clasifican como salinos,
igualmente pueden ser considerados como receptores de lodos. Si bien
esta propiedad se solicita en un plan de aplicación de lodos, no tiene
restricciones aunque debiera tenerla ya que la aplicación de lodos, según
lo analizado, aumenta la CE de los suelos.
− En cuanto al contenido de materia orgánica se observa un amplio rango
(1,5 a 7,8%), valores considerados normales a altos. Estos valores son
referenciales ya que la materia orgánica del suelo no constituye un criterio
para excluir un suelo de la aplicación de lodos.
− Respecto de los macronutrientes, estos suelos presentan un contenido de
N total en rangos de 0,09 a 0,7 g kg-1, lo que indica la gran variabilidad en
estos valores y lo mismo ocurre con el P total, cuyo rango varía de 0,31 a
1,39 g kg-1
− La mayoría de las concentraciones de elementos traza metálicos en los
suelos muestreados están por debajo de los límites del reglamento, sólo se
han observado que en algunos suelos del orden Mollisoles, se sobrepasa
el contenido de arsénico y de zinc.
− Asociado a lo anterior es factible de acuerdo a la normativa, aplicar la tasa
máxima de aplicación de lodos de 90 Mg ha-1 anual, en suelos de la
provincia de Melipilla.
4.2.2 Caracterización de lodos tratados aplicados e n suelos
Los datos presentados en el Cuadro 19, corresponden a valores promedios
de muestreos que se han realizado en distintas temporadas de aplicación de
lodos (2006-2009).
76
Cuadro 19. Caracterización química y microbiológica de los lodos utilizados en las aplicaciones entre 2006-2009
Propiedad Unidad Expresión Valores Normativa vigente
pH 6,4-6,5 NR (1)
CE (2) dS m-1 9,1-11 NR
MO % 40-50,5 NR
N total g kg-1 N 26,8-28,5 NR
P total g kg-1 P2 O5 52,4-61,5 NR
K total g kg-1 K2O 2,7-3,3 NR
Ca total g kg-1 CaO 66,3-98,5 NR
S total g kg-1 S 2,7 NR
As total mg kg-1 As 15,9 20-40
Cd total mg kg-1 Cd 2,0 8-40
Cu total mg kg-1 Cu 526,7 1000-1200
Hg total mg kg-1 Hg 2,2 10-20
Ni total mg kg-1 Ni 61,1 80-420
Pb total mg kg-1 Pb 59,3 300-400
Se total mg kg-1 Se 2,8 50-100
Zn total mg kg-1 Zn 1218 2000-2800
Coli fecales NMP g-1 <2 2*10-6 Clase A<1000; Clase B<2.000.000
Ovas helmintos U/10 g 0 1 NR
Ovas viables U/10 g 0 0 Clase A=<1/4 g; Clase B= sin restricción
Fuente: Seguimiento ambiental de proyectos evaluados ambientalmente (SEIA). (1) NR= No regulado (2) CE= Determinado en extracto de saturación
Del Cuadro 19, se destaca que los lodos correspondientes a lotes producidos
en la PTAS El Trebal, tienen pH ligeramente ácido, son lodos salinos ya que
la conductividad se encuentra en valores de 9,1 a 11 dS m-1. Presentan alto
contenido de materia orgánica y un buen nivel de N y P totales. Para Smith
(2009), la composición de los lodos de depuradora no sólo es una función del
material de origen, es decir, de las entradas a la depuradora, sino también del
método de tratamiento de lodos.
77
Los resultados del análisis de elementos traza metálicos totales señalan
valores que se encuentran por debajo de lo requerido en la normativa. Los
valores concuerdan con los rangos que se han obtenido en otras
caracterizaciones.
Cabe señalar la alta calidad microbiológica que presentan estos lodos, ello
debido a que fueron sometidos a un proceso de biosecado. Según Epstein
(2003), las características de los lodos tratados o biosólidos juegan un papel
muy importante para su aplicación agrícola. Si bien, contienen una amplia
variedad de microorganismos, muchos de ellos muy benéficos pero otros
pueden ser peligrosos para la salud humana, animal o para las plantas.
4.2.3 Información de algunos planes de aplicación d e lodos
Se han seleccionado dos predios con información de suelos luego de una
temporada de aplicación de lodos.
El Cuadro 20 entrega algunos resultados de dos predios de la provincia de
Melipilla antes y después de una aplicación de lodos. Un predio con una
superficie de 10 ha de trigo y el otro con 31 ha de avena. Las dosis de lodos
correspondieron aproximadamente a 40 Mg ha-1 en base seca. En estos
predios además se evaluaron las propiedades del suelo y también las aguas
de infiltración, sin embargo no se ha evaluado efectos de elementos traza
metálicos en los cultivos.
78
Cuadro 20. Propiedades químicas determinadas en dos predios antes de la aplicación de lodos y al final de la cosecha de cada cultivo.
Propiedades químicas Unidad Predio 1 (Trigo) Predio 2 (Avena)
Inicio Final Inicio Final
pH 6,1 5,6 6,3 6,6
Conductividad eléctrica dS m-1 0,2 0,8 0,2 0,8
Materia orgánica % 1,5 2,3 2,1 3,4
N total g kg-1 0,09 0,10 0,09 0,2
P total g kg-1 0,86 0,6 0,28 0,8
As total mg kg-1 2,1 2,9 1,6 2,1
Cd total mg g-1 <0,25 <0,25 <0,25 <0,25
Cu total mg kg-1 67,3 65,9 12,0 34,7
Hg total mg kg-1 <0,05 <0,05 <0,05 <0,05
Ni total mg kg-1 7,8 7,8 6,8 10,1
Pb total mg kg-1 13,8 14,4 5,3 9,5
Se total mg kg-1 <0,15 <0,15 <0,15 <0,15
Zn total mg kg-1 93,5 96,5 29,4 71,1
Fuente: Planes de aplicación de lodos en suelos (Aguas Andinas S.A)
Del Cuadro 20 se observa que el predio 1 tuvo una disminución del pH del
suelo al final de la temporada, similar a lo que ocurre en otras experiencias de
aplicación de lodos, no así en el predio 2 que aumentó. En los dos sitios
aumentó la conductividad eléctrica, el contenido de materia orgánica y el N
total.
Respecto de elementos traza metálicos especialmente el Cd, Hg y Se, se
encontraban por debajo de los límites de detección, tanto en situación de
línea base (inicio) como con aplicación de lodos (final). Si bien, las
concentraciones de elementos traza metálicos son bajas en los dos predios,
se ha producido un incremento de Zn en los suelos.
El Zn es el metal más abundante en los lodos, por lo tanto, es el elemento
que con mayor probabilidad puede detectarse en el suelo tratado con lodo y
puede ser analizado sin problemas. En este sentido cabe señalar que los
79
laboratorios existentes en el país que efectúan caracterizaciones de suelos y
lodos, tienen dificultades para determinar algunos metales (Hg, Se) con
buena confiabilidad, lo que se ha comprobado tras una serie de rondas
interlaboratorios6 realizadas por el Servicio Agrícola y Ganadero del Ministerio
de Agricultura.
Cabe mencionar que los planes de aplicación de lodos analizados no
consideran la determinación de elementos traza metálicos disponibles antes
ni después de la aplicación de lodos.
4.2.4. Discusión sobre planes de aplicación de lodo s en suelos en la
provincia de Melipilla
Los planes de aplicación de lodos han tenido buenos resultados tanto en el
suelo como en los cultivos.
Desde el punto de vista de la fertilidad de suelos, los datos dan cuenta del
aporte nutricional de los lodos. Es decir, el nitrógeno y el fósforo pasan a
constituir el pool de nutrientes orgánicos de reserva en el suelo, lo que incide
finalmente en el rendimiento de los cultivos. No obstante, falta un análisis más
profundo de los riesgos de contaminación por fosfatos por escorrentía y por
lixiviación de nitratos a aguas subterráneas,
Se evidencia el aporte de elementos traza metálicos en el suelo,
principalmente los metales Cu y Zn, y secundariamente también Cd, Hg y Ni,
en algunos planes.
6 La División de Protección de Recursos Naturales Renovables del Servicio Agrícola y Ganadero (Ministerio de Agricultura) ha efectuado una serie de rondas interlaboratorios con objeto de cumplir con las exigencias del D.S. Nº4/2009 respecto de la validación de los análisis y mediciones que efectúen los laboratorios que presten servicios de caracterización de lodos y suelos (Art. 27).
80
Dados los efectos en los predios se ha producido un aumento del número de
agricultores en la provincia, interesados en utilizar lodos como alternativa para
mejorar sus suelos y para complementar y reducir el uso de fertilizantes
minerales. En efecto, hay agricultores en la provincia de Melipilla que han
incorporado lodos en sus predios en más de una temporada agrícola.
Los planes de aplicación de lodos, a la fecha han generado información
detallada y puntual del contenido total de elementos traza metálicos en
diferentes suelos de la provincia.
También se ha evaluado la calidad microbiológica de las aguas
subsuperficiales, dando cuenta de una baja carga patogénica, también se ha
evaluado el contenido de elementos traza metálicos en dichas aguas y los
datos indican valores bajos de concentración.
Finalmente, se aconseja que los planes de manejo debieran incorporar
mayores estudios respecto al comportamiento de los nutrientes, de su
incorporación a los suelos, de sus migraciones y acumulaciones, de sus
efectos sobre aguas superficiales y subterráneas, y las consecuencias en la
salud humana y animal, para lo cual debiera considerar la realización de
algunos ensayos experimentales en donde se determine la concentración de
elementos traza metálicos en los tejidos vegetales.
81
4.3. IMPACTOS ASOCIADOS A LA APLICACIÓN DE LODOS EN
AGROSISTEMAS
Uno de los mayores impactos benéficos que se ha registrado con el plan de
saneamiento de aguas servidas de la Región Metropolitana, ha sido el
mejoramiento de la calidad de las aguas superficiales, pero también se ha
generado otro impacto, que es la importante producción de lodos, los que
inicialmente han sido llevados en su totalidad a rellenos sanitarios y
monorellenos o a sitios autorizados.
Dadas las experiencias analizadas, las aplicaciones de lodos han sido una
alternativa de reutilización en suelos y en general las evaluaciones de estas
aplicaciones han generado impactos positivos en la calidad química del suelo
(aumento de la materia orgánica, del nitrógeno total y del fósforo total), como
también, en la calidad física de los suelos (mejor agregación de partículas de
suelo, aumento en la capacidad de retención de agua del suelo).
Otro impacto benéfico que se ha observado con las aplicaciones de lodos
tiene relación con la posibilidad de disponer de nutrientes provenientes del
lodo en forma gradual, y a partir de un determinado tiempo (tres temporadas
de aplicación), se logran incrementos mayores en los rendimientos respecto al
testigo y al de un cultivo con fertilización mineral, éstos resultados son de
especial interés para la sostenibilidad del agrosistema.
Los beneficios se contraponen con impactos negativos que se producen por
la aplicación de lodos, los que tienen relación con el aumento de la salinidad
del suelo, la disminución del pH y la acumulación en el suelo de algunos
elementos traza metálicos, particularmente cobre y zinc, y de exceso de
nutrientes.
82
4.3.1. Impactos ambientales por nutrientes
Dado que el lodo presenta un contenido de N de tipo orgánico y su entrega es
gradual al suelo y luego al cultivo, ello implicaría un bajo riesgo de lixiviación
de nitratos y consecuentemente un bajo riesgo de contaminación de
acuíferos; situación similar ocurre con el P presente en el lodo respecto a la
eutrofización. Sin embargo, al aplicar una dosis alta de lodos durante varias
temporadas sucesivas, la experiencia demuestra que se generan impactos
ambientales por los excesos de N y P.
A continuación, en el Cuadro 21, se presenta una comparación de la
composición de nutrientes entre los fertilizantes minerales habitualmente
utilizados en la producción agrícola y el lodo.
Cuadro 21. Composición de nutrientes en fertilizantes y lodo
Insumos Nitrógeno (N)
Fósforo (P)
Potasio (K)
Calcio (Ca)
Azufre (S)
Materia orgánica
kg t -1 Urea(+) 460 0 0 0 0 0
SFT(+) 0 460 0 210 0 0
K2SO4 (+) 0 0 500 0 180 0
Mezcla maicera 290 140 80 40 5 0
Lodo (*) 27,7 57,0 3,0 82,4 2,7 452
(+) Formulaciones químicas de fertilizantes. (*) Según la caracterización química del lodo (Cuadro 19), se usó el valor promedio.
Del cuadro 21 se obtienen los distintos aportes de nutrientes, pudiendo
observarse que la mezcla maicera y el lodo contienen un espectro más amplio
de nutrientes, a diferencia de la urea que sólo aporta N, o del SFT que sólo
aporta P y Ca.
El Cuadro 22 entrega el aporte de diferentes nutrientes presentes en el lodo a
diferentes dosis de aplicación (se utilizó el contenido promedio de los
83
nutrientes, según lo indicado en el Cuadro 19). Se observa que a las dosis
señaladas en la normativa de 30 y 90 Mg ha-1, los contenidos totales de todos
los macronutrientes requeridos por aquellos cultivos de alta extracción, tales
como maíz y trigo, superan ampliamente sus requerimientos nutricionales.
Cuadro 22. Aporte de diferentes nutrientes del lodo a distintas dosis de
aplicación.
Lodo (Mg ha -1)
Nitrógeno (N)
Fósforo (P)
Potasio (K)
Calcio (Ca)
Azufre (S)
Materia orgánica
kg
1 27,7 57,0 3,0 82,4 2,7 452
15 415,5 855,0 45,0 1236,0 40,5 6.780,0
30(*) 831,0 1.710,0 90,0 2.472,0 81,0 13.560,0
90(*) 2.493,0 5.130,0 270,0 7.416,0 243,0 40.680,0
(*)=Dosis de aplicación de lodos señaladas en la normativa vigente.
Comparando los valores de la tabla anterior con lo que demanda
nutricionalmente el maíz por año y hectárea (404 kg de N y 100 kg de P), en
teoría para este tipo de cultivo y de acuerdo a las características de lodos al
aplicar 15 Mg ha-1 de lodos se satisface la demanda nutricional. Sin embargo,
los estudios de INIA han demostrado que el aporte de nutrientes minerales
del lodo durante la primera temporada de aplicación es ínfimo, no superando
el 6% de contenido del nitrógeno. Recién al segundo año de aplicación hace
un aporte del 50% y al tercer año es del 100% de su contenido de nitrógeno.
Esto quiere decir que los valores de nitrógeno total como de fósforo total, no
se mineralizan totalmente al primer año de aplicación, por cuanto se debiera
considerar el nitrógeno y fósforos inorgánicos más la tasa de mineralización.
Como un ejercicio teórico para el caso anterior, para satisfacer la demanda de
nitrógeno y de los otros nutrientes, si se aplica una dosis anual de 15 Mg ha-1,
de lodos durante las primeras dos temporadas se debe complementar con
84
fertilizantes minerales. Durante la primera temporada se aplicaría una dosis
completa de fertilizante mineral y durante la segunda temporada la mitad. A
partir de la tercera temporada se sostendría el agrosistema sólo con lodos a
la misma dosis de 15 Mg ha-1. Sin embargo, esto ejemplo debe ser validado
con un mayor número de suelos.
Lo anterior evitaría una sobrecarga del agrosistema con nitrógeno, pero aún
con esta baja dosis se aportarían otros nutrientes en cantidades muy
superiores a la demanda de este tipo de cultivo, especialmente el P, lo que
puede generar efectos perjudiciales en el agrosistema.
Cabe mencionar que la normativa de manejo de lodos no considera aspectos
de la demanda nutricional de los cultivos ni los excedentes de nutrientes en
los suelos. Además, queda en evidencia que la dosis máxima de 90 Mg ha-1
estipulada en dicha normativa es muy elevada, pudiendo generar impactos
adversos en los agrosistemas.
4.3.2. Impactos ambientales por elementos traza met álicos
En la agricultura, la principal entrada de elementos traza metálicos al suelo es
por el uso de fertilizantes fosfatados; éstos contienen cadmio. Se ha
constatado que la acumulación progresiva de elementos traza metálicos en
los suelos y especialmente el cadmio tiene efectos negativos en la salud
humana (Valenzuela, 2001).
En Chile, la aplicación de fertilizantes fosfatados en los cultivos estaría
generando una acumulación de algunos ETM en el suelo, lo que puede
provocar deterioro del recurso y efectos perjudiciales para la salud humana
(Villanueva, 2003). El mismo autor señala que el uso de estos fertilizantes con
las mayores concentraciones de cadmio así como la máxima tasa de
fertilización recomendada para el cultivo del maíz, estaría provocando
contaminación de los suelos en un plazo de 38 a 40 años usando como
85
referencia la concentración límite de cadmio de 0,5 mg kg-1 de suelo seco,
pese a ello su uso en Chile no tiene restricciones. Aún a bajas
concentraciones de Cd, las plantas absorben Cd (Carrasco, et al, 2008).
Por otra parte, es sabido que una de las mayores preocupaciones y
restricciones al uso de lodos en la agricultura es su contenido de elementos
traza metálicos. Las experiencias analizadas (INIA, SAG) demuestran que a
mayores dosis de aplicaciones de lodos al suelo se incrementan los
contenidos de As, Cu, Pb y Zn.
Si se consideran las concentraciones promedio de metales determinadas en
el Cuadro 19, se puede obtener el aporte con diferentes dosis de aplicación
de lodos. En el Cuadro 23 se indica el aporte de elementos traza metálicos al
suelo.
Cuadro 23. Aporte de ETM por el lodo a distintas dosis de aplicación.
Parámetro Concentración promedio de metales en lodo (mg kg -1)(&)
Dosis de aplicación de lodos (Mg ha -1)(*)
1 15 30 90
Concentración de metal en suelo (mg kg -1)
As total 15,9 0,01 0,09 0,17 0,51
Cd total 2,0 0,00 0,01 0,02 0,06
Cu total 526,7 0,19 2,82 5,64 16,93
Hg total 2,2 0,00 0,01 0,02 0,07
Ni total 61,1 0,02 0,33 0,65 1,96
Pb total 59,3 0,02 0,32 0,64 1,91
Se total 2,8 0,00 0,02 0,03 0,09
Zn total 1218 0,44 6,53 13,05 39,15 (&)= Valores en base a materia seca (*)= Para calcular el aporte de ETM al suelo, se consideró una masa de suelo de 2.800 kg correspondiente a una densidad aparente de suelo de 1,4 kg m-3 con una capa arable de 20 cm.
86
Observando el Cuadro 23, al aplicar 15 Mg ha-1 de lodos, se adicionan
aproximadamente 0,01 mg kg-1 de cadmio al suelo. Esta cantidad de Cd
aplicado al suelo corresponde a la mitad de lo que aporta el SFT7. Estudios
demuestran que aplicaciones periódicas de SFT y su contenido de Cd, no ha
sido abordado suficientemente y no se ha dimensionado su efecto en el largo
plazo (Villanueva, 2003; Valenzuela, 2001).
Por otro lado, los resultados del Cuadro 23 demuestran que tras aplicaciones
sucesivas de lodos con la máxima dosis que señala la norma, se genera
acumulación de elementos traza metálicos en el suelo. Aunque los
potenciales impactos ambientales resultantes están controlados
ambientalmente por las restricciones que establece la normativa respecto de
los elementos traza metálicos. Sin embargo, existen estudios que detectaron
incrementos de zinc en trigo (SAG, 2004) y de Ni, Cu, Mg, Zn en hojas de
trébol (Carrasco at al., 2008).
4.3.3. Impactos ambientales por patógenos
Tanto en los estudios de SAG y de INIA, como resultado de la aplicación de
lodos, no se observaron efectos sobre la población de coliformes fecales ni
ovas viables de helmintos. Lo anterior, sólo es válido si hay tratamiento previo
de los lodos mediante biodigestión o sistemas similares.
4.3.4. Impacto al Cambio Climático
Otro aspecto que se relaciona con la tasa máxima de aplicación de lodo
indicada en la norma, es respecto al calentamiento global, cabe mencionar
que la disposición de lodos en monorellenos o rellenos sanitarios provoca una
importante generación de Gases de Efecto Invernadero (GEI), dado que las
7 Aclaración: SFT contiene 267 mg de Cd. Al aplican 100 kg de P proveniente del SFT, se aporta 0,021 mg kg-1 de Cd al suelo (Villanueva, 2003).
87
condiciones anaeróbicas dentro de los depósitos fomentan la producción de
metano (CH4). De acuerdo al IPCC (2007), el metano es 25 veces más dañino
que el dióxido de carbono (CO2).
Lo anterior es especialmente relevante en depósitos sin adecuado sistema de
captación y tratamiento del biogás. La emisión de estos GEI se evita con la
aplicación de lodos en suelos, dadas las condiciones aeróbicas asociadas a la
incorporación.
88
4.4 ANÁLISIS DE LA NORMATIVA ASOCIADA A LA APLICACI ÓN DE
LODOS EN SUELOS
A continuación, se realiza un análisis de la normativa asociada
específicamente a la aplicación de lodos en suelos, especialmente del
reglamento chileno recientemente promulgado. Además, se efectúa una
comparación con los principales criterios técnicos, sanitarios y ambientales de
la normativa americana y europea y de algunas de América latina.
4.4.1 Normativa chilena (D.S.Nº4/2009)
El Decreto Supremo Nº 4, MINSEGPRES, del 30/01/2009, “Reglamento para
el Manejo de Lodos generados en Plantas de Tratamiento de Aguas
Servidas”, fue oficializado en octubre de 2009 y entró en vigencia el 28 de
abril de 2010. Este reglamento, de acuerdo a su artículo 1, tiene por objeto
regular el manejo de los lodos provenientes de plantas de tratamientos de
aguas servidas, y establece la clasificación sanitaria de lodos y las exigencias
mínimas para su manejo, además de restricciones, requisitos y condiciones
técnicas para la aplicación de lodos en determinados suelos. Es decir, este
reglamento resalta, ya en su primer artículo, la temática de aplicación en
suelos. Esta norma aplica una serie de requisitos de tratamiento para la
reducción del potencial de atracción de vectores y la presencia de patógenos
para definir la clasificación sanitaria de los lodos. Se clasifica a los lodos en
clases A y B, y se indican condiciones de operación de procesos de
higienización para obtener cada categorización.
En relación al manejo sanitario de los lodos se establece que toda PTAS debe
contar con un proyecto de ingeniería aprobado por la Autoridad Sanitaria, el
que deberá dar cuenta del almacenamiento, tratamiento, transporte,
disposición final y de los aspectos sanitarios de la aplicación de los lodos al
suelo. Se exige que no existan riesgos para la salud de la población y para el
medio ambiente entre otros aspectos.
89
Se permite en forma restrictiva la disposición de lodos en relleno sanitario
considerando determinadas cantidades de lodos a disponer diariamente, no
superior a un 6% del total de los residuos dispuestos diariamente, pudiendo
autorizarse, en condiciones técnicas justificadas hasta un 8%, con
humedades específicas, así también se permite la disposición en
monorellenos.
Respecto de la aplicación de lodos al suelo, se requiere la elaboración previa
de un plan de aplicación, el que debe contener, además de los datos que
identifiquen al generador y en forma individual los predios o potreros donde se
efectuará la aplicación, información sitio específica del área de aplicación,
caracterización tanto del suelo como de los lodos, del manejo agronómico,
entre otros. Además, se señalan los distanciamientos de la zona de
aplicación.
Esta norma prohíbe el esparcimiento de lodos en aquellos suelos con: pH
inferior a 5; en aquellos suelos de texturas gruesas (con más de un 70% de
arena); en zonas con riesgo de inundación; en suelos saturados la mayor
parte del tiempo (vegas, bofedales, ñadis); en suelos cubiertos con nieve; en
aquellos suelos que se encuentren a menos de 15 m de riberas de ríos y
lagos y que cuenten con recurso para bebida animal; prohíbe el uso de lodos
en suelos ubicados en pendientes superiores al 15%, con la excepción de que
a mayores pendientes, el área de aplicación debe presentar una cobertura
vegetal arbustiva o arbórea, y la aplicación propiamente tal debe ser
localizada.
Por otra parte, establece concentraciones máximas para ocho elementos
traza metálicos en los suelos (As, Cd, Cu, Hg, Ni, Pb, Se y Zn) en función del
pH y de las macrozonas para el país, según se indica en el Cuadro 24.
90
Cuadro 24. Concentraciones máximas de ETM en suelo receptor
Metal
Concentración máxima en mg kg -1 (en base materia seca) (1)
Macrozona norte Macrozona sur
pH>6,5 pH<=6,5 pH>5
As 20 12,5 10
Cd 2 1,25 2
Cu 150 100 75
Hg 1,5 1 1
Ni 112 50 30
Pb 75 50 50
Se 4 3 4
Zn 175 120 175
Fuente: D.S. Nº 4/2009 (1) =Concentraciones expresadas como contenidos totales de elementos traza
metálicos. Se establece una tasa máxima de aplicación de lodos de 90 Mg ha-1 anual, en
aquellos suelos que cumplan con los requisitos de concentración de
elementos traza metálicos, no obstante, en aquellos casos en que el suelo
posea una concentración de cualquier metal pesado superior a lo señalado en
el Cuadro 24, se podrá aplicar por una única vez, una tasa de 30 Mg ha-1.
Por otra parte, la normativa indica que en aquellos suelos destinados a
cultivos hortícolas o frutícolas menores, que estén en contacto directo con el
suelo y que se consuman normalmente sin proceso de cocción, los lodos
clase B deberán aplicarse con a lo menos 12 meses de antelación a la
siembra. Se prohíbe la aplicación de lodos durante el ciclo vegetativo de estos
cultivos. En el caso de praderas y cultivos forrajeros, podrá procederse al
pastoreo o a la cosecha transcurridos 30 días desde la última aplicación de
lodos clase B. En suelos de uso forestal la aplicación de lodos clase B podrá
efectuarse sólo si se cuenta con un control de acceso al área durante los 30
días posteriores a la aplicación.
91
Se indican los límites máximos de concentración de los elementos traza
metálicos en los lodos, en función de las condiciones y características de los
suelos, según lo indicado en el Cuadro 25.
Cuadro 25. Concentraciones máximas de ETM en lodos para aplicación al
suelo
Metal
Concentraciones máximas en mg kg -1 de sólidos totales (base materia seca) (1)
Suelos que cumplen los requisitos establecidos en este título
Suelos degradados que cumplen los requisitos establecidos en este título
As 20 40
Cd(*) 8 40
Cu 1000 1200
Hg(*) 10 20
Ni 80 420
Pb(*) 300 400
Se(*) 50 100
Zn 2000 2800
Fuente: D.S. Nº 4/2009 (1)= Concentraciones expresadas como contenidos totales de elementos traza metálicos (*)= Cuando las concentraciones totales de cadmio (Cd), mercurio (Hg), plomo (Pb) y selenio (Se) superen los valores de 20, 4, 100 y 20 mg kg-1, respectivamente se deberá demostrar que estos lodos no son peligrosos de acuerdo a lo establecido en el DS 148/2003 del Ministerio de Salud
Por otra parte, la norma señala los procedimientos de medición y control de
los lodos, de informes anuales que deben ser presentados por el generador
de lodos y acerca de la fiscalización de los organismos del Estado.
4.4.2 Normativa europea (86/278/EEC)
En 1986, el Consejo de las Comunidades Europeas dictó la Directiva
86/278/CEE, que tiene por objeto regular la utilización de los lodos de
depuradora en agricultura de modo que se eviten efectos nocivos en los
92
suelos, en la vegetación, en los animales y en el ser humano, al mismo
tiempo que se estimula su utilización correcta. Es válida para todos los países
miembros de la unión, no obstante, cada uno puede fijar condiciones más
estrictas.
Reconoce que los lodos presentan propiedades agronómicas útiles y toma en
cuenta la utilización de las necesidades de nutrición de las plantas (art. 8), y
fomenta el uso de lodos en agricultura en condiciones adecuadas. Los lodos
deben tratarse antes de utilizarse en la agricultura.
En sus anexos fija valores límites máximos de concentración de elementos
traza metálicos en los suelos expresados en mg kg-1 de materia seca de una
muestra representativa de los suelos, cuyo pH sea de 6 a 7, valores límite de
concentración máxima de elementos traza metálicos en los lodos destinados
a su utilización en agricultura expresados en mg kg-1 materia seca, valores
límite máximos para las cantidades anuales de elementos traza metálicos que
se podrán introducir en las tierras cultivadas basándose en una media de 10
años en kg ha-1año-1.
Se debe prohibir la utilización de los lodos cuando la concentración de uno o
de varios elementos traza metálicos en los suelos supere los valores límites
fijados. Además, se deben adoptar las medidas necesarias para garantizar
que estos valores límite no se superen por la utilización de los lodos.
Respecto a la tasa de aplicación de lodos, ésta varía en una escala amplia de
1 a 10 Mg ha-1año-1. No obstante, el aporte promedio usado por algunos
países está en el rango de 2 a 3 Mg ha-1 y no supera un lapso de 10 años.
Los Estados Miembros deben prohibir la utilización de lodos: en pastos o en
cultivos, si se procede al pastoreo o a la cosecha de los cultivos en esas
tierras antes de la expiración de un determinado plazo establecido (mínimo
tres semanas); en cultivos hortícolas y frutícolas durante el período de
93
vegetación, con la excepción de árboles frutales; en suelos destinados a
cultivos hortícolas o frutícolas que estén normalmente en contacto directo con
el suelo y que se consuman normalmente en estado crudo, durante un
período de diez meses antes de la cosecha y durante la cosecha misma.
La Directiva no propone ningún límite respecto del contenido de
contaminantes orgánicos en lodos, pero algunos países como Alemania lo
han introducido. Tampoco hace mención específica a concentraciones de
patógenos, pero países como Italia, Francia, Luxemburgo, Dinamarca y
Austria han incluido límites respectivos.
4.4.3 Normativa EEUU (40 CFR, Part 503)
Durante los años 1988 a 1991, la Environmental Protection Agency (EPA)
efectuó una intensa investigación que abarcó 208 PTAS y el análisis de 419
contaminantes para identificar los potenciales riesgos asociados a distintas
opciones de uso de los lodos tratados. Paralelamente y durante varios años
se desarrollaron otros estudios de riesgo y una serie de muestreos en todo el
país, los que en su conjunto llevaron a obtener la regulación “The Standards
for the use or disposal of sewage sludge (title 40 of the Code of Federal
Regulation [CFR, Part 503]”, publicada en 1993. Esta regulación establece las
normas nacionales para el manejo y uso de lodos derivados del tratamiento
de aguas servidas domiciliarias para asegurar la protección de las personas y
el medio ambiente.
La regulación 503 incorpora estándares para el uso, disposición superficial e
incineración, y requisito para la reducción de patógenos. Establece lodos de
clases A y B. Los lodos clase A aseguran altos niveles de protección y
requieren métodos avanzados de higienización, por tanto pueden ser
utilizados sin restricciones en jardines, bosques, cultivos agrícolas y áreas
públicas. Los lodos clase B contemplan mínimos de protección y pueden ser
aplicados con restricciones locales en bosques, zonas agrícolas y áreas de
94
mínimo contacto con el público. Otras restricciones sanitarias que impone la
EPA para aplicar lodos al suelo son: la reducción de la atracción de vectores,
para lo cual entrega diversas alternativas y una frecuencia de monitoreo de
acuerdo a la cantidad anual de lodos dispuesta.
La aplicación de lodos al suelo incluye un uso benéfico a tasas agronómicas,
es decir, tasas para proveer la cantidad de nitrógeno necesaria para los
cultivos o vegetación, minimizando la cantidad que pasa más allá de la zona
de raíces.
Se definen límites para la concentración de nueve contaminantes inorgánicos
(As, Cd, Cu, Hg, Ni, Mo, Se, Pb y Zn).
Esta regulación prohíbe el uso de lodos en zonas inundables y humedales, a
menos de 10 m de aguas superficiales o cuando exista exceso de nitrógeno
en el suelo. Se permite el destino de los lodos a monorellenos exclusivos para
lodos, estableciendo requisitos de diseño, clausura y post clausura, límites de
contenido de Cr, NO3-, As y Ni para la protección de aguas subterráneas.
Además, controla la incineración de los lodos señalando límites para Pb, As,
Cd, Cr y Ni e hidrocarburos y CO2 en los gases emitidos.
4.4.4. Normativas en América latina
En América Latina (AL) países tales como Argentina, Brasil, México cuentan
con regulaciones para el manejo de lodos y biosólidos. En tanto, Colombia
presenta una normativa, pero que no es específica para lodos y Ecuador tiene
una normativa en desarrollo. El resto de países a la fecha no han
implementado una regulación respectiva. En todas las normas vigentes se
definen criterios para aplicación agrícola (Mena, 2008).
Algunos países, tienen restricciones ligeras respecto a la aplicación de lodos
en suelos. Por ejemplo en Colombia, la normativa define a los lodos como
95
productos orgánicos que puedan ser usados como abonos o fertilizantes, o
como enmiendas (acondicionadores) del suelo. Por otra parte, la regulación
mexicana establece límites poco restrictivos y sólo para algunos elementos
traza metálicos.
No obstante, hay que considerar que muchos países de AL todavía no
cuentan con PTAS o sólo con una cobertura baja del servicio de saneamiento
básico, por lo que sólo se están generando reducidas cantidades de lodos.
En todo caso, la utilización de lodos en la agricultura en AL, a pesar de ser
una práctica relativamente conocida en algunos países antes de los años 90,
no representa un gran porcentaje del destino de los lodos, ya que la gran
mayoría es dispuesto en rellenos sanitarios (Mena, 2008).
4.4.5 Comparación de normativas
De acuerdo a las normas descritas existen puntos en común, así por ejemplo,
el objeto de protección para todas ellas, es la protección del medio ambiente,
con algunos énfasis ya que la normativa europea, releva la protección de los
suelos, mientas que la americana y la chilena protegen la salud de la
población (Cuadro 26).
Las regulaciones europeas están basadas en límites precautorios de los
contaminantes en el suelo, reconociendo la persistencia por contaminantes; el
objetivo es prevenir la acumulación de contaminantes inorgánicos en el suelo
por sobre los valores establecidos, similar a lo indicado en la norma chilena.
Sin embargo, en la norma de EEUU, los límites de compuestos inorgánicos
están basados en la evaluación de los riesgos potenciales a los humanos,
animales y plantas debido a contaminantes en los lodos. El límite se
establece como aquella concentración mínima, que representa un riesgo
aceptable para las vías de exposición evaluadas.
96
Cuadro 26. Comparación de normas
(*) = Algunos países además han puesto límites respecto a patógenos (Francia, Italia, Dinamarca, Austria, Luxemburgo).
Variables D.S. Nº 4/2009 (Chilena) 40 CFR Part 503 (EEUU) 86/278/EEC (Unión Europea)
Objeto de protección Salud humana , medio ambiente y suelo Salud humana, medio ambiente Suelos y medio ambiente
Disposición (residuo) Monorelleno/Relleno sanitario/Suelo Monorelleno/Incineración/Suelo Monorelleno/Relleno sanitario/ Incineración/Suelo
Clasificación sanitaria lodos Reducción de patógenos Clase A y Clase B Reducción de patógenos Clase A y Clase B
(*)
Prop. físicas en suelos Clase textural (%arena gruesa)
Prop. químicas en suelos As/Cd/Cu/Hg/Ni/Pb/Se/Zn/pH/CE/MO As/Cd/Cu/Cr/Hg/Mo/Ni/Pb/Se/Zn Cd/Cu/Hg/Mn/Ni/Pb/Se/Zn
Prop. químicas en lodos As/Cd/Cu/Hg/Ni/Pb/Se/Zn/pH/CE/MO/%H2O As/Cd/Cu/Cr/Hg/Mo/Ni/Pb/Se/Zn Cd/Cu/Hg/Mn/Ni/Pb/Se/Zn/pH/CE/MO
Tasa de aplicación 90 Mg ha-1 si cumple requisito de ETM en suelo. 30 Mg ha-1 por única vez cuando no cumple ETM en suelo.
Demanda nutricional según el cultivo o vegetación.
Demanda nutricional según el cultivo o vegetación (1-10 Mg ha-1* 10 año)s
Limitación al pastoreo Igual o superior a 1 mes. No propone Superior a 3 semanas
Limitación cultivo hortícola Aplicar 12 meses antes de la siembra No propone 10 meses antes de cosecha.
Limitación cultivo frutícola En frutales menores antes de 12 meses. No propone 10 meses antes de cosecha.
Prohibiciones de uso Suelos con pH<5. En zonas inundables o con riesgo de inundación. A menos de 15 m de riberas de ríos, lagos y área que cuente con recurso para bebida animal.En suelos cubiertos de nieve, suelos saturados la mayor parte del año y con arena igual o mayor a 70%
En zonas inundables a menos de 10 m de agua superficial Cuando hay exceso de N en el suelo.
Suelos con pH<5, en zonas inundables. A menos de 15 m a cursos de agua. Cuando se superan los límites de MP en el lodo.
97
La prohibición de uso de lodos se presenta en todas las normativas, con criterios
que se refieren a: zonas de inundación, distanciamiento a cursos de aguas. Las
normas chilena y europea prohíben el uso de lodos en suelos con acidez inferior
a 5, además se restringe el uso de lodos según el contenido de elementos traza
metálicos en suelos en función del pH, mientras que en la norma americana lo
exige para los lodos.
Todas las normas mencionan que los lodos deben ser tratados. La norma
americana y chilena señalan una clasificación sanitaria de los lodos (Clase A y
B). La normativa europea y chilena establece períodos de aplicación de lodos
con antelación para pastoreo, frutales y especies forestales.
Tanto la normativa europea como americana toman en cuenta la demanda
nutricional de los cultivos para la aplicación de lodos, a diferencia de la norma
chilena que no lo contempla, esto constituye un atributo esencial que debería ser
considerado en una futura revisión de la normativa.
La normativa europea también contempla una tasa de aplicación de lodos y la
establece en un rango de 1 a 10 Mg ha-1 en un período promedio de 10 años,
mientras que la normativa chilena establece una tasa de 90 Mg ha-1, sin
restricción de tiempo en suelos que cumplen con el contenido de ETM y en caso
de no cumplir alguna concentración de dichos metales, igualmente se pueden
aplicar 30 Mg ha-1 por una única vez. Estas tasas pueden constituir en el tiempo
un problema ambiental ya que las experiencias de INIA con aplicaciones de 40
Mg ha-1 en tres años arrojan incrementos de elementos traza metálicos en los
suelos.
La normativa chilena establece concentraciones máximas totales de elementos
traza metálicos en los suelos y en los lodos, no hay referencias respecto a la
98
determinación de concentraciones disponibles de elementos traza metálicos y
cuál sería su fitodisponibilidad para los cultivos, por cuanto debiera ser un
aspecto a considerar al momento de la revisión de la normativa.
Por otra parte, la norma chilena no señala ni entrega elementos para el control
de los lodos si fuesen incinerados, mientras que la norma europea y americana,
sí establecen requisitos, tampoco se específica una carga máxima de elementos
traza metálicos a aplicar al suelo que la norma europea y americana si
consideran. En todas las normativas se permite la disposición en monorellenos.
En este contexto, la EPA define criterios para la protección de las aguas
subterráneas, esto último no se encuentra previsto en la norma chilena.
El Cuadro 27 muestra los límites de concentración máxima de elementos traza
metálicos exigidos en los lodos, para distintos países. Los rangos de
concentración de elementos traza metálicos definidos por la norma chilena son
más exigentes que las demás norma.
99
Cuadro. 27. Límites máximos de concentración de ETM en lodos en distintas normativas
(1)=Normativa año 1996 (2)=Normativa en revisión (3) A= Suelos que cumplen los requisitos establecidos en este título (4) B= Suelos degradados que cumplen los requisitos establecidos en este título (5) Nn=No normado.
ETM Concentración permitida en lodos (mg kg-1)
Directiva Europea (1) UE(2) USA EPA Francia
Chile Brasil Argentina
A (3) B(4)
As Nn (5) Nn 41 a 75 Nn 20 40 41
Ba Nn Nn Nn Nn Nn Nn 1.300 Nn
Cd 20 a 40 10 39 a 85 20 8 40 39 20 a 40
Cr Nn Nn 3.000 1.000 Nn Nn 1.000 1.000 a 1.500
Cu 1.000 a 1.750 1.000 1.500 a 4.300 1.000 1.000 1.200 1.500 1.000 a 1.750
Hg 16 a 25 10 17 a 57 10 10 20 17 16 a 25
Mo Nn Nn 75 Nn Nn Nn 50 Nn
Ni 300 a 400 300 420 200 80 420 420 300 a 400
Pb 750 a 1.200 750 300 a 840 800 300 400 300 750 a 1.200
Se Nn Nn 100 Nn 50 100 100 Nn
Zn 2.500 a 4.000 3.000 2.800 a 7.500 3.000 2.000 2.800 2.800 2.500 a 4.000
Fuente Directiva 867 278/ EEC
EEC EPA, 2000 Kaemmerer,2001
CONAMA, 2009 CONAMA, 2006
Res. 97/01 (MDS y MA)
100
4.4.6 Discusión de la normativa chilena sobre la ap licación de lodos en suelos
La normativa chilena vigente regula el manejo de los lodos y protege los suelos a
través de concentraciones máximas de elementos traza metálicos en lodos y
suelos. Presenta similitud con la norma europea ya que reconoce el principio de
protección de suelos y al comparar los límites de concentración de
contaminantes de ambas normas, la chilena es más restrictiva.
En la normativa el lodo sólo se considera un acondicionador de suelos, por su
alto contenido de materia orgánica, pero no se reconoce su aporte de nutrientes.
La norma chilena restringe el destino de lodos a monorelleno y relleno sanitario y
exige a los suelos condiciones y características para ser receptores. Según esto
último para aplicar lodos al suelo, se debe elaborar un plan de aplicación,
documento que debe informar en detalle de los antecedentes sitio específicos de
las áreas receptoras de lodos, condiciones de aplicación, características físicas y
químicas tanto de los suelos y lodos.
Se presentan imprecisiones tales como dividir el país en dos macrozonas (art.4
letra l y m del DS Nº4), situación que debe ser replanteada, ya que según Castro
(2007), esta distinción parece extremadamente genérica si se considera la alta
variación espacial de los suelos y las condiciones climáticas, por lo que, no se
justifica la división actual, más bien se sugiere dejar como criterio el pH del suelo,
ya que es quizás la propiedad más determinante de analizar en el suelo antes de
la aplicación del lodo, ya que es condicionante de la mayoría de los procesos
químicos y biológicos que ocurren en el sistema suelo-agua-planta. Además, el
pH, influye en la disponibilidad de elementos traza metálicos y en las formas en
que éstos se encuentran en el suelo, en el comportamiento del fósforo, en la
101
mineralización de nitrógeno, capacidad de intercambio iónico y reacciones de
hidrólisis (Álvarez, 2004).
La norma chilena también se asemeja a la normativa EPA 503, especialmente en
la definición de criterios sanitarios de los lodos, de los requisitos para conseguir
su estabilidad, de los diferentes tipos de tratamiento a los que pueden ser
sometidos y también clasifica los lodos en dos clases (A y B).
Si bien, la norma indica valores de concentración de elementos traza metálicos
que deben cumplirse tanto en el lodo como en los suelos, existe la posibilidad de
aplicar lodos por una única vez, en suelos en los que se sobrepasa el contenido
de algún metal pesado.
La norma no considera cargas máximas de elementos traza metálicos en suelos
por año, a diferencia de lo que se reglamenta en las normas EPA, europea,
brasilera y argentina, que sí incorporan esta restricción como una manera de
proteger los suelos, tampoco considera una tasa de aplicación agronómica en
función de la demanda nutricional de las especies vegetales asociadas.
Es así que, la tasa de aplicación de lodos de 90 Mg ha-1 año-1 se puede
considerar extremadamente alta, si se compara con los rangos que plantea la
norma europea de entre 1 a 10 Mg ha-1 en un período de 10 años. Las normas
extranjeras analizadas han considerado que el uso benéfico del lodo se
promueve considerando tasas agronómicas según la especie vegetal, por cuanto
se suministra la cantidad de nitrógeno necesaria para los cultivos o vegetación,
minimizando fenómenos de lixiviación de nitratos que pasan más allá de la zona
de raíces.
102
Cabe señalar que con la tasa de 90 Mg ha-1 año -1 se excede completamente la
demanda nutricional del cultivo de maíz, especie que fue seleccionada por su
alta tasa de extracción de nutrientes especialmente de N y P. Experiencias
desarrolladas con altas tasas de aplicación de lodos (300 Mg ha-1) por única vez
en un huerto de olivos, mostraron un serio riesgo de contaminación por arrastre
de fosfatos y por lixiviación de nitratos a aguas subterráneas, además se
incrementó el contenido de elementos trazas (Tsadila et al, 2009), por tanto, la
tasa de aplicación de lodos debiera definirse incluyendo posibles daños
ambientales.
Por otra parte, la normativa chilena no contempla un período máximo de
aplicación de lodos, es así que la aplicación queda prohibida cuando se alcanzan
los valores máximos de concentración de elementos traza metálicos en el suelo
luego de una o de varias aplicaciones. En este sentido, el requisito de
caracterización de los suelos, previo a cada aplicación, es fundamental para
evitar una acumulación de elementos traza metálicos en los suelos con el
consiguiente impacto negativo sobre el agrosistema.
El reglamento no contempla medidas ambientales asociadas a una remediación
de suelos por una sobre acumulación de elementos traza metálicos, ni tampoco
aborda aspectos relacionados con la protección de hábitats naturales, ni
resguardo de la flora y fauna silvestre cuando se ven insertos en áreas
enmendadas con lodos.
Un aspecto que no se encuentra considerado en la normativa corresponde a la
concentración de elementos traza metálicos disponibles, o fitodisponibilidad que
mide la peligrosidad actual para las plantas. Los valores de concentración de
elementos traza metálicos se expresan como concentración total, que es válida
para evaluar la peligrosidad potencial o futura y solo representa el grado de
103
contaminación. En general, los elementos traza metálicos son poco móviles en el
suelo y tienden a acumularse en la parte superficial.
4.4.7 Recomendaciones al D.S.Nº4/2009
Luego de la revisión del texto del DS Nº4/2009 se han detectado imprecisiones,
inconsistencias y omisiones que se exponen y que podrían ser consideradas y
evaluadas como recomendaciones técnicas en una futura revisión de la norma:
1. El documento señala que el lodo puede contribuir a mejorar las condiciones
físicas de los suelos, en una connotación de mejorador de suelos y no le
confiere ninguna propiedad fertilizante.
2. Respecto a las disposiciones generales y definiciones, se han incorporado
conceptos que debieran ser analizados con mayor profundidad dada su
ambigüedad, como a) el término lodo y b) la división del país en dos
macrozonas. Lo último, dado la alta variabilidad espacial y diversidad de los
suelos sólo en la provincia de Melipilla, recomendándose fijar el pH del suelo
como criterio de aplicabilidad de lodos.
3. El reglamento señala en su Título IV que previo a la incorporación de lodos al
suelo se debe elaborar un plan de aplicación con una serie de requisitos sitio
específicos de caracterización del suelo y lodos y de su manejo. Se
recomienda que el plan incluya algunos de los siguientes criterios mínimos:
• Un objetivo de uso, por ejemplo como complemento a la fertilización para
mejorar la productividad de los cultivos en suelos de buen potencial
productivo ó como un mejorador de suelos en alguna condición de
degradación.
• El seguimiento de la calidad de aguas superficiales y subterráneas.
104
4. La tasa de aplicación de lodos debe calcularse en función del objetivo
adoptado:
• Si se realiza una fertilización, o un complemento a la fertilización, se debe
calcular en función de la demanda de nitrógeno y fósforo del cultivo y de
los contenidos de éstos en el suelo, a objeto de evitar migración de los
macronutrientes.
• Si se considera efectuar un mejoramiento de suelos, la tasa de aplicación
debiera calcularse en función del aporte de materia orgánica calculado,
según el nivel basal que tiene el suelo degradado y el nivel que se quiere
alcanzar.
• Se debe considerar la conductividad eléctrica del lodo para evitar una
salinización del suelo, especialmente en la aplicación de la dosis máxima
de lodo permitida por la normativa.
5. Incorporar aspectos respecto del desprendimiento de olores molestos que se
evidencia notoriamente en las áreas de aplicación, que se pueden evitar con
la incorporación inmediata del lodo al suelo luego del esparcimiento.
6. Considerar la fitodisponibilidad de los elementos traza metálicos que se
señalan en la en la norma, tanto en el lodo como en los suelos receptores.
7. Aumentar el porcentaje de disposición de lodos en relleno sanitario ya que
dicho porcentaje (6-8%) del total de los residuos dispuestos es restrictivo.
8. Establecer especificaciones para la construcción y operación de
monorellenos, para lo cual no se entrega antecedentes. Este aspecto es
crítico, dada la inestabilidad de la masa de lodos.
105
4.5 SUPERFICIE APTA PARA LA APLICACIÓN DE LODOS EN LA
PROVINCIA DE MELIPILLA
4.5.1 Superficie apta según exigencias legales
Para determinar la superficie apta para la aplicación de lodos en agrosistemas,
se debe tomar en cuenta los siguientes parámetros detallados especialmente en
los artículos 19 a 21 del D.S. Nº4/2009:
1. Mapa básico de suelos caracterizados por unidades homogéneas
2. Pendiente (expresada como porcentaje)
3. Profundidad efectiva del suelo
4. Caracterización física y química del suelo (clase textural, porcentaje de arena
en suelos de textura gruesa, pH, conductividad eléctrica, materia orgánica,
elementos traza metálicos)
5. Distancias a áreas residenciales y viviendas individuales
6. Distancias a captación de agua subterránea para agua potable
7. Otros: suelos saturados con agua, riesgos de inundación, distancia a ríos y
fuentes de bebida animal.
4.5.2 Superficie apta según información disponible
Para la cuantificación de la superficie apta para aplicación de lodos en la
provincia de Melipilla, se consideró principalmente la siguiente información:
Estudio: “Conformación de unidades espaciales en respuesta a la aplicación de
biosólidos en la Región Metropolitana”, proyecto FONDECYT Nº1050726,
elaborado por la Universidad de Chile, Facultad de Arquitectura, Departamento
de Geografía. Este estudio determinó a través de una metodología de
modelamiento de unidades homogéneas una superficie apta en algunas
106
comunas de la Región Metropolitana para la utilización de biosólidos, usando
como requisitos para la aplicación de lodos, entre otros, el borrador de
“Reglamento para el manejo de lodos generados en plantas de tratamiento de
aguas servidas”, CONAMA, versión enero 2006.
Información de las superficies censadas en la Región Metropolitana a partir del
VII Censo Agropecuario y Forestal (INE, 2007).
Bases cartográficas del estudio agrológico CIREN CORFO (1996).
Mapas de vulnerabilidad de acuíferos, información aportada por el Servicio
Agrícola y Ganadero, Subdepartamento de Sistemas de Información Geográfico.
Diversos estudios sobre la caracterización física y química de suelos en Chile y
planes de manejo y seguimiento de aplicación de lodos.
4.5.3 Superficie apta según el Censo Agropecuario y Forestal
Los resultados del Censo Agropecuario y Forestal llevado a cabo a nivel país por
el Instituto de Estadísticas (INE) en el año 2007, abarcó una superficie
equivalentes a 36.439.533 ha, de las cuales 1.302.419 ha, correspondieron a la
Región Metropolitana, y 360.618 ha en la provincia de Melipilla. En relación a las
explotaciones agropecuarias con tierra y con actividad agrícola, la provincia
registró 292.582 ha., con 36,7% que se encuentran en la comuna de Melipilla, le
siguen en importancia la comuna de Alhué con un 22,6% y San Pedro con un
21%.
Respecto del uso del suelo relativo a suelos de cultivos, la Región Metropolitana
presenta un total de 113.270 ha, de cultivos anuales y permanentes, con un total
107
provincial de 42.437 ha, de esta superficie el 50% se ubica en la comuna de
Melipilla. Las explotaciones forestales que incluyen plantaciones forestales,
viveros forestales y ornamentales, en la provincia de Melipilla correspondieron a
67.764 ha, de las cuales el mayor porcentaje se presenta en la comuna de
Melipilla con un 31,6% y le sigue en importancia la comuna de Alhué con un
26,8%.
Las superficies totales sembradas o plantadas por grupos de cultivos enfocados
a cereales presentan un total provincial de 9.859 ha, por su parte, las
plantaciones en la provincia alcanzan las 4.145 ha.
Del censo se desprende que existe una importante superficie en la provincia de
Melipilla que puede ser receptora de lodos y presenta una importante diversidad
de rubros agrícolas (cultivos anuales, frutales, forrajeras permanentes) y rubro
forestal.
4.5.4 Superposición de capas de información
Para determinar la superficie apta para la aplicación de lodos en suelos de la
provincia de Melipilla, RM, se trabajó con el sistema de información geográfica,
SIG, programa ArcView. Sobre las bases cartográficas del estudio agrológico
CIREN CORFO (1996) y de FONDECYT Nº1050726, disponibles en diferentes
escalas de trabajo, se efectuó una superposición de capas de información,
aplicando criterios de exclusión basado en las restricciones de la norma vigente
(DS Nº4/2009).
La información cartográfica del Estudio CIREN CORFO (1996) permitió identificar
los suelos existentes a nivel de órdenes y atributos como clase de capacidad de
uso (CCUS), clases de drenaje y pendientes, variables químicas como pH,
108
contenido de materia orgánica, además de aspectos asociados al
distanciamiento de áreas urbanas y cuerpos de agua. No obstante, no existe
información o cartografía acerca de concentraciones de elementos traza
metálicos en los suelos. Basado en la información disponible y las exigencias del
reglamento, se adaptaron las siguientes variables de exclusión de áreas, en la
cartografía del SIG y se exponen en el Cuadro 28
Cuadro 28. Variables y criterios del DS Nº4 usados para la obtención de
áreas receptoras de lodos en la cartografía
Variables de suelo Criterio
Pendiente < 15 %
Clase textural < 70 % arena
pH > 5
Suelos saturados Prohíbe la aplicación
Suelos cubiertos de nieve Prohíbe la aplicación
Suelos con riesgo de inundación Prohíbe la aplicación
Suelos con cobertura arbustiva ó arbórea Pendientes > 15 %
Variables físicas Distanciamiento (m)
Conjunto viviendas, villorrios > 300
Viviendas aisladas > 100
Captación de aguas subterráneas/agua potable > 300
PTAS < 80.000
Suelos a ríos/lagos > 15
Áreas con recursos para bebida animal > 15
Suelos con napa freática > 1
Variables clima Criterio
Precipitación media anual > a 100 mm Aplica en suelos arenosos Fuente: D.S. Nº4/2009
109
4.5.5 Análisis de resultados
Los resultados de las variables aplicadas en cartografía, se presentan en las
siguientes Figuras, los que se resumen a continuación.
Respecto de los órdenes de suelos existentes en la provincia, existe un 66,3%
en el orden alfisoles, le sigue en importancia los mollisoles con un 18%. Según
Luzio y Casanova (2006), en Chile los alfisoles tienen una amplia distribución,
entre la Región de Valparaíso y la Región del Bío-Bío, tanto en la depresión
intermedia como en la cordillera de la costa y la precordillera. En la depresión
intermedia pueden ser suelos planos, casi planos o con un relieve moderado,
han sido utilizados intensamente en la agricultura, mientras que en la cordillera
de la costa presentan un relieve más fuerte y su aptitud es más bien forestal. En
el Cuadro 29 se presentan las superficies de órdenes de suelos más comunes en
la provincia.
Cuadro 29. Órdenes de suelos en la provincia de Melipilla
Orden Superficie en la provincia de Melipilla (ha)
Mollisoles 69.088
Alfisoles 255.476
Entisoles 4.709
Inceptisoles 55.955
Total 385.228
Fuente: Basado en el Estudio Agrológico CIREN CORFO (1996)
Respecto a las series de suelos, la provincia presenta un gran número de series,
las que dan cuenta de la gran variabilidad de suelos existentes en la provincia
(Figura 7). La serie Lo Vásquez es una de las de mayor extensión en la
110
provincia, representa a aquellos suelos que se han originado a partir de
materiales de la cordillera de la costa, los que presentan susceptibilidad a la
erosión.
En relación a las clases de drenaje (Figura 8), los suelos bien drenados
predominan con un 58,5% del total en la provincia y le siguen en importancia los
suelos excesivamente drenados con un 38,8%, como lo indica el Cuadro 30.
Cuadro 30. Clases de drenaje de los suelos en la provincia de Melipilla
Clases de Drenaje Superficie en la provincia de Mel ipilla (ha)
Pobremente drenado (2) 1.099
Imperfectamente drenado (3) 8.239
Bien drenado (4) 212.180
Excesivamente drenado (6) 141.004
Total 362.522
Fuente: Basado en el Estudio Agrológico CIREN CORFO (1996)
111
Figura 7. Series de suelos presentes en la provincia de Melipilla, RM
112
Figura 8. Clases de drenaje de suelos de la provincia de Melipilla, RM
113
En el Cuadro 31 se señalan las superficies correspondientes a las clases de
capacidad de uso (CCUS) de los suelos en la provincia con un predominio de
la Clase VII con un 51%, es decir, suelos con una baja capacidad de
adaptación para determinados usos, manejo y cultivos (Luzio y Casanova,
2006), mientras que las clases de suelos con mayor potencial productivo
correspondientes a las CCUS I, II y III abarcan un 19% del total.
Cuadro 31. Clases de capacidad de uso de suelos (CCUS) de la provincia
de Melipilla
CCUS Superficie en la provincia de Melipilla (ha)
I 501
II 42.674
III 33.915
IV 20.039
VI 43.126
VII 201.863
VIII 54.718
Total 396.836
Fuente: Basado en el Estudio Agrológico CIREN CORFO (1996)
En la Figura 9 se indica la distribución espacial de los suelos en la provincia
de Melipilla, de acuerdo a su clase de capacidad de uso.
Por su parte en la Figura 10 se señalan antecedentes acerca de la
vulnerabilidad de los acuíferos en la provincia de Melipilla, observándose una
amplia superficie con depósitos de baja a moderada vulnerabilidad en rocas
graníticas del Pzo-Jr (Paleozoico-jurásico) en la zona poniente, otra zona con
baja a nula vulnerabilidad que se extiende en el área sur poniente y se
muestran aquellas áreas de alta vulnerabilidad, las que se relacionan con los
cursos de los ríos o áreas con características especiales.
114
Figura 9. Clases de capacidad de uso de los suelos de la provincia de Melipilla, RM
115
Figura 10. Vulnerabilidad de acuíferos en la provincia de Melipilla, RM
116
El Cuadro 32 señala que aproximadamente un 63% de los suelos de la
provincia contienen entre un 1,76 a 2,6 % de materia orgánica, mientras
que un 6% del total de la superficie corresponde a suelos con un contenido
entre 2,6 a 4 % de materia orgánica (Apéndice I). En toda la provincia
existen aproximadamente 85.000 ha, que tienen suelos con un contenido
de materia orgánica que da cuenta de una adecuada fertilidad.
Cuadro 32.Distribución del contenido de materia orgánica de los suelos
de la provincia de Melipilla
Contenido de materia orgánica (%)
Superficie en la provincia de Melipilla (ha)
Distribución (%)
> 10 6.625 2
5-8 70.939 20
4,1- 5 7.527 2
2,6-4 21.198 6
1,76-2,6 217.673 63
0,1- 1,75 22.547 7
Total 346.510 100
Fuente: Basado en el Estudio Agrológico CIREN CORFO (1996)
El Cuadro 33 muestra la distribución del pH en cuanto a la superficie de los
suelos, de este se desprende que un 62 % del total de los suelos en la
provincia presentan un pH neutro, situación que hace factible la aplicación
de lodos, mientras que existe un 17% de los suelos con un pH fuertemente
ácido, correspondiente a sectores que quedan imposibilitados de ser
receptores de lodos (Apéndice I).
117
Cuadro 33. pH y rango, superficie y distribución de los suelos de la provincia de Melipilla
pH y rango (1) Superficie en la provincia
de Melipilla (ha) Distribución (%)
Fuertemente ácido (5,1 a 5,5) 65.510 17
Moderadamente ácido (5,6 a 6,0) 32.447 9
Neutro (6,6 a 7,3) 233.584 62
Moderadamente alcalino (7,9 a 8,4) 44.778 12
Fuertemente alcalino (8,5 a 9,0) 1.138 <1
Total 377.457 100
Fuente: Basado en el Estudio Agrológico CIREN CORFO (1996) (1)= Rango de pH en agua basado en Field book for describing and sampling solis. National Soil Survey Center, Natural Resources Conservation Service U.S. Department of Agriculture (2002). El Cuadro 34 señala una superficie aproximada de 63.000 ha asociada a
clases texturales arenosas de los suelos en la provincia de Melipilla, esta
superficie corresponde a aquellas áreas que según la normativa no podrían
ser utilizadas para la aplicación de lodos dado que su contenido de arena
es igual o superior al 70%.
Cuadro 34. Superficie de los suelos arenosos de la provincia de Melipilla según la clase textural
Clase textural Superficie en la provincia de Melipi lla (ha)
Areno francosa fina 702
Franco arenosa 29.253
Franco Arenosa fina 22.269
Franco Arenosa muy fina 10.787
Superficie total 63.011
Fuente: Basado en el Estudio Agrológico CIREN CORFO (1996) En la Figura 11 se presentan los suelos que tiene un contenido de arena
igual o superior al 70%, por cuanto se excluyen para aplicaciones de lodos.
118
Figura 11. Clases texturales gruesas de suelos de la provincia de Melipilla, RM
119
En cuanto al uso y cobertura de suelos en la provincia, (Apéndice I) muestra
una gran diversidad de rubros entre los que destacan los cultivos,
plantaciones, praderas, frutales, parronales y viñas, matorral con suculentas,
matorrales arborescentes.
La cartografía con los distanciamientos a cuerpos de agua y viviendas
correspondientes a los “buffers” hidrológicos y urbano se presentan en el
Apéndice I.
4.5.6 Cuantificación final
Mediante la superposición de estas coberturas de información se ha obtenido
un mapa final que entrega la superficie potencial disponible en la provincia
para ser receptora de lodos, la que se presenta en la Figura 12.
El resultado de la combinación y superposición de las distintas capas de
información, considerando los criterios de exclusión aplicados, dan cuenta de
que existen 140.207 hectáreas disponibles en la provincia de Melipilla,
potencialmente aptas para la aplicación de lodos. Esta superficie corresponde
aproximadamente un 35 % del total de la superficie provincial.
El estudio FONDECYT Nº 1050726, que analizó toda la Región Metropolitana,
arrojó una superficie total y potencialmente apta de 451.606 hectáreas.
No obstante, cabe aclarar que este estudio se basó en las exclusiones
definidas en el borrador del reglamento de manejo de lodos, que prohibía el
uso de lodos en suelos con clase de capacidad de uso (CCUS) I, II y III,
terrenos rocosos, pantanosos y sin valor agrícola. Los resultados por clase de
suelo se presentan para toda la RM en el Cuadro 35.
120
Figura 12. Superficie apta para la aplicación de lodos en suelos de la provincia de Melipilla, RM.
121
Cuadro 35. Superficie apta para recibir lodos en la RM, según los criterios anteriores al D.S.Nº4/2009.
Clase de Capacidad de Uso de suelos Superficie apta en la provincia de
Melipilla (ha)
IV 48.328
VI 64.524
VII 338.754
Total 451.606
Fuente: Basado en el Estudio Agrológico CIREN CORFO (1996)
Cabe aclarar que las superficies calculadas según el D.S. Nº4 (140.207 ha) y
del proyecto de Reglamento (451.606 ha) no consideran la concentración
total de los elementos traza metálicos presentes en los suelos, por cuanto
éstos deben determinarse previamente para la aplicación de los lodos en
cada predio.
La superficie potencialmente apta determinada, demuestra que basado en
las principales exigencias de la normativa, existiría aproximadamente un
tercio de la superficie en la provincia potencialmente apta para la aplicación
de lodos. Sin embargo, dicha determinación es teórica dado que previo a la
aplicación de lodos en un suelo, se requiere información analítica de detalle
de las concentraciones totales de los elementos traza metálicos que
determinan la aptitud de un suelo para recibir lodos, lo que no se encuentra
disponible en la mayor parte de la provincia de Melipilla.
Además, la cartografía base, por su escala de trabajo, no refleja fielmente la
realidad, por cuanto las restricciones y condiciones de la norma deben ser
revisadas en terreno.
122
4.6 CÁLCULO DE COSTOS FERTILIZANTES MINERALES VERSU S
LODOS
A continuación se presenta una comparación de los costos de una plantación
de una hectárea de maíz de grano, utilizando lodos versus fertilizante
mineral, basándose en las fichas técnicas de ODEPA (2009) para la
temporada de 2009-2010 en la zona central del país.
Considerando que las experiencias de los ensayos de campo de INIA han
señalado que el lodo recién a partir del tercer año de aplicación es capaz de
reemplazar los nutrientes aportados por el fertilizante mineral en un cien por
ciento y que no se ven afectados los rendimientos de los cultivos.
Para realizar los cálculos y la comparación se han efectuado los siguientes
supuestos:
1. El lodo sustituye al fertilizante mineral, en este caso urea y mezcla
maicera, en un 100%, lo que corresponde al tercer año de aplicación.
2. La tasa de aplicación de lodo es de 15 Mg ha-1 año-1 base seca8.
3. El lodo y el fertilizante mineral generan el mismo rendimiento de maíz de
127 qqha -1 y el mismo precio de venta de $110/kg.
8 Equivalente a 60 Mg ha-1 en base húmeda
123
4. La aplicación de lodos requiere actividades adicionales de manejo en el
predio, como su esparcimiento en el suelo, su incorporación y mezcla con
el suelo, que en principio se considera parte de la producción del cultivo.
5. Se considera que el costo de transporte del lodo hacia el predio de
aplicación es asumido por el generador, dado que reemplaza el
transporte hacia otro destino (relleno sanitario, monorelleno u otro).
6. En principio y para efectos de comparación inicial de los cálculos, se
supone que el lodo no tiene valor comercial y es entregado a costo cero
en el predio (costo de transporte incluido).
Basado en lo anterior, a continuación se presentan los costos de producción
de maíz grano con fertilizante mineral (Cuadro 36) y con sustituto de lodos
(Cuadro 37).
De acuerdo al Cuadro 36 y lo calculado por ODEPA (2009), en el manejo del
cultivo de maíz en condiciones agrícolas típicas de la zona central,
aproximadamente el 20% de los costos se asocian al establecimiento, el que
implica labores culturales en el predio, es decir, aradura, rastraje, aplicación
de agroquímicos, siembra, fertilización, riego, limpias, cosecha, acarreo.
Por otra parte, aproximadamente el 34,5% corresponde a costos de insumos,
en semilla es alrededor del 8%, en fertilizantes minerales el costo
corresponde a un 21% y un 5,5% a agroquímicos.
124
Cuadro 36. Cálculo de costos de producción de una hectárea de maíz grano con uso de fertilizante mineral
Item Mes Unidad Requerimiento Cantidad Precio ($) Total ($) COSTOS MAQUINARIA A Aradura Agost/Sept. JM 1 50.000 50.000 Esparcimiento lodo Jul./Agost. ton 0 0 0
Rastraje de incorporación lodo Jul./Agost. JM 0 30.000 0
Rastraje Sept. JM 2 25.000 50.000 Aplic. Plag. Presiembra Sept./Oct. JM 1 15.000 15.000 Siembra Sept./Oct. JM 1 25.000 25.000 Aplic. Plag. Post. Emerg. Sept./Oct. JM 1 15.000 15.000
Surqueadura Oct./Nov. JM 1 10.000 10.000 Cultivador y fertilización Nov./Dic. JM 1 25.000 25.000
Labores de cosecha Mar./Abril JM 1 60.000 60.000
SUBTOTAL 1 250.000
COSTOS MANO DE OBRA Riego presiembra Sept./Oct. JH 1 6.114 6.114 Riegos Oct./Mar. JH 11 6.114 67.254 Apoyo a la siembra Sep./Oct. JH 0.2 6.114 1.223 Aplic. Fertilizantes Nov./Dic. JH 1 6.114 3.668 Aporca y Paleo de regueros Nov./Dic. JH 1 6.114 6.114
Labores de cosecha Octubre JH 1 6.114 6.114
SUBTOTAL 2 90.487 COSTOS DE INSUMOS Lodo Agos./Sept. kg 0 0 0 Semilla Sept./Oct. Bolsa 1.3 85.000 110.500 Mezcla maicera Sept./Oct. kg 600 306 183.600 Urea Sept./Oct. kg 500 210 105.000 Primagram Gold 660 SC Oct. lt 3.5 6.026 21.091 Lorsban 4E Oct./Nov. lt 4 7.388 29.552 Pyrinex 48% Oct. lt 1.5 7.470 11.205 Arco 2,4D 480 SL Sept./Oct. lt 2 7.470 14.940 Flete insumos Sept./Abr. Kg 6 1.112 6.672 SUBTOTAL 3 482.560 OTROS COSTOS Costo uso altern. Suelo/Arriendo Ha 1 300.000 300.000 Costo financiero (crédito) semestre $ 899.249 2,1 (%) 90.644 Secado (14,5%) Mar./Abril Kg 12.700 7 91.440
Flete producto Sept./Abr. Kg 12.700 6 76.200
SUBTOTAL 4 558.284 TOTAL EGRESOS (1 A 4) 1.381.331
INGRESOS Abril $/Kg 12.700 110 1.397.000 RENTABILIDAD ($/hectárea) 15.669
Fuente: ODEPA (2009); UF al 30/03/2010: $20.996
125
Cuadro 37. Cálculo de costos de producción de una hectárea de maíz grano con aplicación de lodos
Item Mes Unidad Requerimi ento Cantidad Precio ($) Total ($) COSTOS MAQUINARIAA Aradura Agost/Sept. JM 1 50.000 50.000 Esparcimiento lodo Jul./Agost. ton 60 6.299 377.928
Rastraje de incorporación lodo Jul./Agost. JM 1 30.000 30.000
Rastraje Sept. JM 2 25.000 50.000 Aplic. Plag. Presiembra Sept./Oct. JM 1 15.000 15.000 Siembra Sept./Oct. JM 1 25.000 25.000 Aplic. Plag. Post. Emerg. Sept./Oct. JM 1 15.000 15.000
Surqueadura Oct./Nov. JM 1 10.000 10.000 Cultivador y fertilización Nov./Dic. JM 1 15.000 15.000
Labores de cosecha Mar./Abril JM 1 60.000 60.000
SUBTOTAL 1 647.928
COSTOS MANO DE OBRA Riego presiembra Sept./Oct. JH 1 6.114 6.114 Riegos Oct./Mar. JH 11 6.114 67.254 Apoyo a la siembra Sep./Oct. JH 0.2 6.114 1.2230 Aplic. Fertilizantes Nov./Dic. JH 0 6.114 0 Aporca y Paleo de regueros Nov./Dic. JH 1 6.114 6.114
Labores de cosecha Octubre JH 1 6.114 6.114
SUBTOTAL 2 86.819 COSTOS DE INSUMOS Lodo Agos./Sept. kg 60 0 0 Semilla Sept./Oct. Bolsa 1.3 85.000 110.500 Mezcla maicera Sept./Oct. kg 0 308 0 Urea Sept./Oct. kg 0 210 0 Primagram Gold 660 SC Oct. lt 3.5 6.026 21.091 Lorsban 4E Oct./Nov. lt 4 7.388 29.552 Pyrinex 48% Oct. lt 1.5 7.470 11.205 Arco 2,4D 480 SL Sept./Oct. lt 2 7.470 14.940 Flete insumos Sept./Abr. Kg 4 1.112 4.448 SUBTOTAL 3 191.736 OTROS COSTOS Costo uso altern. suelo o arriendo
Ha 1 300.000 300.000
Costo financiero (crédito) semestre $ 899.249 2,1 (%) 90.644 Secado (14,5%) Mar./Abril Kg 12.700 7 91.440
Flete producto Sept./Abr. Kg 12.700 6 76.200
SUBTOTAL 4 558.284
TOTAL EGRESOS (1 A 4) 1.484.767
INGRESOS Abril $/Kg 12.700 110 1.397.000 RENTABILIDAD ($/hectárea) -87.767
Fuente base: ODEPA (2009); UF al 30/03/2010: $20.996
126
El Cuadro 38 compara los costos de producción de una hectárea de maíz
grano con fertilizante mineral y con aplicación de lodos y demuestran una
leve ganancia de sólo $15.669 por hectárea de la producción de maíz de
grano con fertilizante mineral.
Cuadro 38. Comparación de costos de producción de una hectárea de maíz grano con fertilizante versus lodos
Del Cuadro 38, se obtiene una pérdida al comercializar maíz grano al aplicar
lodos en el suelo, correspondiente a $87.767 por hectárea. Esa pérdida o
diferencia en comparación a la producción con fertilizante, se debe
principalmente al elevado costo de esparcimiento, incorporación y mezcla del
lodo con el suelo, que en el presente ejercicio, estas actividades son
consideradas parte de la producción.
En consecuencia, para que el agricultor incorpore lodos al suelo y obtenga a
lo menos la misma rentabilidad de su negocio como con el fertilizante, el
diferencial de $103.436 por hectárea debe formar parte del costo de toda la
gestión de lodos y no de la producción agrícola.
Item Con fertilizante Aplicación de lodos
Diferencias de costos
($/ha)
Costos de maquinaria 250.000 647.928 397.928
Costos mano de obra 90.478 86.819 -3.668
Costos de insumos 482.560 191.736 -290.824
Otros costos 558.284 558.284 0
Total egresos 1.381.331 1.484.767 103.436
Ingresos 1.397.000 1.397.000 0
Rentabilidad 15.669 -87.767 -103.436
127
Considerando la tasa de aplicación de 60 toneladas de lodos en base
húmeda en una hectárea, el costo unitario diferencial a asumir como parte de
la gestión de lodos es de $1.724 por tonelada de lodos. Este valor
corresponde a aproximadamente el 27% del costo que se paga en un
monorelleno, donde se cobra por sobre 0,3 UF o $6.299 por tonelada9. Es
decir, la aplicación de lodos en predios con producción de cultivos es
altamente rentable para el generador de lodos en comparación a otros
destinos, como la disposición en monorellenos o rellenos sanitarios.
9 Fuente: ECOING, UF: $20.996 al 30/03/2010
128
CAPÍTULO 5. CONCLUSIONES
1. En términos generales, se concluye que la hipótesis del presente trabajo
se cumple, es decir que los lodos generados en PTAS pueden aplicarse
en agrosistemas sin provocar efectos adversos, siempre y cuando se
considere los requisitos de la normativa vigente y criterios adicionales.
2. La aplicación de lodos tiene efectos positivos en los suelos: disminuye la
densidad aparente, aumenta la estabilidad de agregados, incrementa la
retención de agua, aporta nutrientes y materia orgánica, y mejora el
rendimiento de diferentes cultivos.
3. Las concentraciones de elementos traza metálicos presentes en los
lodos se encuentran por debajo de lo exigido en la normativa, pese a
ello, algunos estudios señalan una acumulación de ciertos ETM en
especies vegetales y en suelos.
4. El “Reglamento para el manejo de lodos generados en plantas de
tratamiento de aguas servidas (D.S. Nº4/2009)”, que entró en vigencia en
abril del 2010, entrega los principales criterios para la protección de los
agrosistemas ante una aplicación de lodos en los suelos de Chile. Sin
embargo, se recomienda incorporar criterios técnicos y ambientales
adicionales.
5. El D.S. Nº4/2009 es exigente en relación a los límites de concentración de
los elementos traza metálicos permitidos en lodos y suelos, incluso más
riguroso que las normativas extranjeras (EPA, Directiva Europea,
Argentina, Brasil, México).
129
6. El D.S. Nº4/2009 no plantea la fitodisponibilidad de elementos traza
metálicos ni restringe su presencia en los cultivos. Cabe mencionar que
algunos estudios detectaron incrementos de ETM en los cultivos a raíz de
la aplicación de lodos.
7. La normativa chilena permite una elevada tasa máxima de aplicación de
lodos (90 Mg ha-1 año-1en base seca), en comparación a otros países.
8. Experiencias de terreno señalan que los nutrientes de los lodos pueden
sustituir a los fertilizantes minerales como urea y superfosfato triple, en un
50% a partir de la segunda temporada de aplicación y en un 100%
durante la tercera temporada, para cultivos de maíz.
9. Una tasa de 15 Mg ha-1 de aplicación de lodo al tercer año satisface la
demanda de N de maíz, y se exceden otros nutrientes.
10. El reglamento de manejo de lodos no exige un balance de masa respecto
a los contenidos de N y P en los lodos y suelos, ni toma en cuenta los
requerimientos nutricionales de los cultivos. Aspecto relevante para
prevenir lixiviación de nitratos y eutrofización de cuerpos de aguas.
11. El D.S. N°4/2009 no indica seguimiento de aguas superficiales y/o
subterráneas, tampoco entrega indicadores para la detección de olores.
12. No existen estudios en animales o fauna silvestre alimentados con
cultivos enmendados con lodos. Sin embargo, el D.S. N°4/2009 señala
una restricción al acceso de animales y personas para evitar riesgos
sanitarios.
130
13. La aplicación de lodos en suelos evita la emisión de metano, que se
produciría al depositarlos en un relleno sanitario o monorelleno,
minimizando así los GEI.
14. El costo de esparcimiento e incorporación del lodo en un predio es más
elevado que la aplicación de los fertilizantes minerales. Sin embargo,
este costo no debe considerarse parte de la producción agrícola, sino
formar parte de la gestión asociado al tratamiento de aguas servidas.
15. La aplicación de lodos en suelos es altamente rentable para el generador
de lodos, dado que su costo es aproximadamente cuatro veces menor
que su disposición en un monorelleno o relleno sanitario.
16. La aplicación de los criterios y exigencias de la normativa vigente
mediante SIG determinó que se podría aplicar lodos en aproximadamente
140.000 ha de la provincia de Melipilla, equivalente a un tercio de su
superficie. No obstante, esta superficie puede variar, dependiendo de las
concentraciones de elementos traza metálicos presentes en los suelos.
17. Se recomienda desarrollar estudios adicionales de aplicación de lodos,
analizando otros cultivos y otros parámetros (fitodisponibilidad, balance
de masa, fauna silvestre, entre otros) a objeto de evaluar los impactos.
18. Los estudios analizados concluyen que los lodos se pueden aplicar en el
cultivo de praderas, no obstante, no presentan información sobre la
absorción de ETM, por tanto, se recomienda investigar sobre este
aspecto.
131
CAPÍTULO 6. BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA
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139
Apéndice I Figura I.1.Distribución del contenido de materia orgánica de los suelos de la provincia de Melipilla, RM.
140
Figura I.2. Distribución del pH de suelos de la provincia de Melipilla RM, según su superficie.
141
Figura I.3. Uso y cobertura de los suelos en la provincia de Melipilla, RM
142
Figura I.4. Buffers hidrológico en la provincia de Melipilla
143
Figura I.5. Buffers urbanos en la provincia de Melipilla
144
Apéndice II
Cuadro II.1 Contenido total de elementos traza metálicos en lodos de
diferentes PTAS.
PTAS Elementos traza metálicos y nutrientes en lodos (mg kg -1)
Cd Cu Ni Pb Zn
Esval 1 <5 47 19 292
Esval 2 <5 35 20 252
Chacón 2meses <6 497 23 82 678
Chacón 2meses <6 626 28 103 853
Chimbarongo I (*) <6 381 38 79 774
Chimbarongo II (*) <6 406 32 82 789
San Francisco I <6 517 26 50 486
San Francisco II <6 225 36 38 225
Santa Cruz I* <6 477 29 79 716
Santa Cruz II (*) <6 454 30 83 694
Peralillo I <6 141 30 50 309
Peralillo II <6 288 43 72 601
Palmilla I (#) <6 146 29 34 121
Palmilla II (#) <6 50 25 26 62
Población I (+) <6 751 33 85 880
Población II (+) <6 784 34 38 857
Curicó con cal 5 1.006 43 475
Curicó sin cal 5 285 52 654
Hualañé 5 905 35 692
San Rafael 5 1.017 41 759
San Clemente 5 767 25 889
Empedrado 5 240 34 1.198
Longaví 5 303 25 822
Teno 5 195 29 731
CONAMA (2000) 8-40 1000-1200 80-420 300-400 2000-2800
(*) Digestor; (+) sedimentador secundario; (#) lagunas de decantación.
145
SIGLAS As Arsénico B Boro Ca Calcio CCUS Clase de capacidad de uso de suelos Cd Cadmio CE Conductividad eléctrica CIREN Centro de Información de Recursos Naturales CONAMA Comisión Nacional del Medio Ambiente CONYCIT Comisión Nacional de Investigación Científica y Tecnológica CORFO Corporación de Fomento de la Producción Cu Cobre D.S. Decreto Supremo EEC European Economic Comunity EPA Environmental Protection Agency ETM Elementos traza metálicos Fe Hierro FONDEF Fondo de Fomento al Desarrollo Científico y Tecnológico GEI Gases efecto invernadero INIA Instituto de Investigaciones Agropecuarias K2SO4 Sulfato de potasio MINAGRI Ministerio de Agricultura Mn Manganeso MO Materia orgánica Mo Molibdeno N Nitrógeno Ni Níquel NO3
- Nitrato ODEPA Oficina de Desarrollo y Planificación Agraria P Fósforo PTAS Planta de tratamiento de aguas servidas RCA Resolución de calificación ambiental RM Región Metropolitana S Azufre SAG Servicio Agrícola y Ganadero SEIA Sistema de evaluación de impacto ambiental SFT Superfosfato triple U Urea UE Unión Europea USA United States of America Zn Zinc
